深入源碼分析Java線程池的實現原理

本文轉載自查看原文 2018-11-01 13:21 18274

程序的運行，其本質上，是對系統資源(CPU、內存、磁盤、網絡等等)的使用。如何高效的使用這些資源是我們編程優化演進的一個方向。今天說的線程池就是一種對CPU利用的優化手段。

通過學習線程池原理，明白所有池化技術的基本設計思路。遇到其他相似問題可以解決。

池化技術

前面提到一個名詞——池化技術，那么到底什么是池化技術呢?

池化技術簡單點來說，就是提前保存大量的資源，以備不時之需。在機器資源有限的情況下，使用池化技術可以大大的提高資源的利用率，提升性能等。

在編程領域，比較典型的池化技術有：

線程池、連接池、內存池、對象池等。

本文主要來介紹一下其中比較簡單的線程池的實現原理，希望讀者們可以舉一反三，通過對線程池的理解，學習並掌握所有編程中池化技術的底層原理。

創建一個線程

在Java的並發編程中，線程是十分重要的，在Java中，創建一個線程比較簡單：

public class App { 
    public static void main(String[] args) throws Exception { 
        new Thread(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                System.out.println("線程運行中"); 
            } 
        }).start(); 
    } 
}

我們通過創建一個線程對象，並且實現Runnable接口就可以實現一個簡單的線程。可以利用上多核CPU。當一個任務結束，當前線程就接收。

但很多時候，我們不止會執行一個任務。如果每次都是如此的創建線程->執行任務->銷毀線程，會造成很大的性能開銷。

那能否一個線程創建后，執行完一個任務后，又去執行另一個任務，而不是銷毀。這就是線程池。

這也就是池化技術的思想，通過預先創建好多個線程，放在池中，這樣可以在需要使用線程的時候直接獲取，避免多次重復創建、銷毀帶來的開銷。

線程池的簡單使用

以下代碼，是在Java中創建線程池：

import java.util.concurrent.*; 
 
public class App { 
    public static void main(String[] args) throws Exception { 
        ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(1, 1, 
                60L, TimeUnit.SECONDS, 
                new ArrayBlockingQueue<>(10)); 
 
        executorService.execute(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                System.out.println("abcdefg"); 
            } 
        }); 
 
        executorService.shutdown(); 
    } 
}

Jdk提供給外部的接口也很簡單。直接調用ThreadPoolExecutor構造一個就可以了，也可以通過Executors靜態工廠構建，但一般不建議。

可以看到，開發者想要在代碼中使用線程池還是比較簡單的，這得益於Java給我們封裝好的一系列API。但是，這些API的背后是什么呢，讓我們來揭開這個迷霧，看清線程池的本質。

線程池構造函數

通常，一般構造函數會反映出這個工具或這個對象的數據存儲結構。

構造函數

如果把線程池比作一個公司。公司會有正式員工處理正常業務，如果工作量大的話，會雇佣外包人員來工作。

閑時就可以釋放外包人員以減少公司管理開銷。一個公司因為成本關系，雇佣的人員始終是有最大數。

如果這時候還有任務處理不過來，就走需求池排任務。

acc : 獲取調用上下文
corePoolSize: 核心線程數量，可以類比正式員工數量，常駐線程數量。
maximumPoolSize: 最大的線程數量，公司最多雇佣員工數量。常駐+臨時線程數量。
workQueue：多余任務等待隊列，再多的人都處理不過來了，需要等着，在這個地方等。
keepAliveTime：非核心線程空閑時間，就是外包人員等了多久，如果還沒有活干，解雇了。
threadFactory: 創建線程的工廠，在這個地方可以統一處理創建的線程的屬性。每個公司對員工的要求不一樣，恩，在這里設置員工的屬性。
handler：線程池拒絕策略，什么意思呢?就是當任務實在是太多，人也不夠，需求池也排滿了，還有任務咋辦?默認是不處理，拋出異常告訴任務提交者，我這忙不過來了。

添加一個任務

接着，我們看一下線程池中比較重要的execute方法，該方法用於向線程池中添加一個任務。

源碼

核心模塊用紅框標記了。

第一個紅框：workerCountOf方法根據ctl的低29位，得到線程池的當前線程數，如果線程數小於corePoolSize，則執行addWorker方法創建新的線程執行任務;
第二個紅框：判斷線程池是否在運行，如果在，任務隊列是否允許插入，插入成功再次驗證線程池是否運行，如果不在運行，移除插入的任務，然后拋出拒絕策略。如果在運行，沒有線程了，就啟用一個線程。
第三個紅框：如果添加非核心線程失敗，就直接拒絕了。

這里邏輯稍微有點復雜，畫了個流程圖僅供參考