JAVA线程池原理详解一

JAVA线程池原理详解一

一. 线程池的优点

1. 线程是稀缺资源，使用线程池可以减少创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以重复使用。
2. 可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线程的数量，防止因为消耗过多内存导致服务器崩溃。

二. 线程池的创建

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,RejectedExecutionHandler handler) 

corePoolSize：线程池核心线程数
maxinumPoolSize：线程池最大线程数
keepAliveTime：当活跃线程数大于核心线程数时，空闲的多余线程最大存活时间
unit：存活时间的单位
workQueue：存放线程任务的队列
handler：超出线程范围和队列容量的任务的处理程序（处理策略）

三. 线程池的实现原理

提交一个任务到线程池中，线程池的处理流程如下：

1. 判断线程池里的核心线程是否都在执行任务，如果不是（核心线程空闲或者还有核心线程没有被创建）则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程都在执行任务，则进入下个流程。
2. 线程池判断工作队列是否已满，如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了，则进入下个流程。
3. 判断线程池里的线程是否都处于工作状态，如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了，则交给饱和策略来处理这个任务。

四. 线程池的源码解读

4. ThreadPoolExecutor的execute()方法

public void execute(Runnable command) {if (command == null)throw new NullPointerException();　　　　　　 //如果线程数大于等于基本线程数或者线程创建失败，将任务加入队列if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {　　　　　　　　　　//线程池处于运行状态并且加入队列成功if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {if (runState != RUNNING || poolSize == 0)ensureQueuedTaskHandled(command);}　　　　　　　　　//线程池不处于运行状态或者加入队列失败，则创建线程（创建的是非核心线程）else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))　　　　　　　　　　　//创建线程失败，则采取阻塞处理的方式reject(command); // is shutdown or saturated}}

5. 创建线程的方法：addIfUnderCorePoolSize(command)

private boolean addIfUnderCorePoolSize(Runnable firstTask) {Thread t = null;final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;mainLock.lock();try {if (poolSize < corePoolSize && runState == RUNNING)t = addThread(firstTask);} finally {mainLock.unlock();}if (t == null)return false;t.start();return true;}

我们重点来看addThread()方法：

private Thread addThread(Runnable firstTask) {Worker w = new Worker(firstTask);Thread t = threadFactory.newThread(w);if (t != null) {w.thread = t;workers.add(w);int nt = ++poolSize;if (nt > largestPoolSize)largestPoolSize = nt;}return t;}

这里将线程封装成工作线程worker，并放入工作线程组里，worker类的方法run方法：

public void run() {try {Runnable task = firstTask;firstTask = null;while (task != null || (task = getTask()) != null) {runTask(task);task = null;}} finally {workerDone(this);}}

五. 我们通过一个程序来观察线程池的工作原理：

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创建一个线程

1. 创建一个线程

public class ThreadPoolTest implements Runnable
{@Overridepublic void run(){try{Thread.sleep(300);}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}}
}

2. 线程池循环运行16个线程：

public static void main(String[] args){LinkedBlockingQueue<Runnable> queue =new LinkedBlockingQueue<Runnable>(5);ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60, TimeUnit.SECONDS, queue);for (int i = 0; i < 16 ; i++){threadPool.execute(new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + "")));System.out.println("线程池中活跃的线程数： " + threadPool.getPoolSize());if (queue.size() > 0){System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size());}}threadPool.shutdown();}

执行结果

线程池中活跃的线程数： 1
线程池中活跃的线程数： 2
线程池中活跃的线程数： 3
线程池中活跃的线程数： 4
线程池中活跃的线程数： 5
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数1
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数2
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数4
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 6
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 7
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 8
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 9
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 10
----------------队列中阻塞的线程数5
Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task Thread[Thread15,5,main] rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@232204a1[Running, pool size = 10, active threads = 10, queued tasks = 5, completed tasks = 0]at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2047)at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:823)at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1369)at test.ThreadTest.main(ThreadTest.java:17)

从结果可以观察出：

1. 创建的线程池具体配置为：核心线程数量为5个；全部线程数量为10个；工作队列的长度为5。
2. 我们通过queue.size()的方法来获取工作队列中的任务数。
3. 运行原理：

刚开始都是在创建新的线程，达到核心线程数量5个后，新的任务进来后不再创建新的线程，而是将任务加入工作队列，任务队列到达上线5个后，新的任务又会创建新的普通线程，直到达到线程池最大的线程数量10个，后面的任务则根据配置的饱和策略来处理。我们这里没有具体配置，使用的是默认的配置AbortPolicy:直接抛出异常。

当然，为了达到我需要的效果，上述线程处理的任务都是利用休眠导致线程没有释放！！！

六. RejectedExecutionHandler：饱和策略

当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须对新提交的任务采用一种特殊的策略来进行处理。这个策略默认配置是AbortPolicy，表示无法处理新的任务而抛出异常。JAVA提供了4中策略：

1. AbortPolicy：直接抛出异常
2. CallerRunsPolicy：只用调用所在的线程运行任务
3. DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。
4. DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。

我们现在用第四种策略来处理上面的程序：

public static void main(String[] args){LinkedBlockingQueue<Runnable> queue =new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3);RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue,handler);for (int i = 0; i < 9 ; i++){threadPool.execute(new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + "")));System.out.println("线程池中活跃的线程数： " + threadPool.getPoolSize());if (queue.size() > 0){System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size());}}threadPool.shutdown();}

执行结果：

线程池中活跃的线程数： 1
线程池中活跃的线程数： 2
线程池中活跃的线程数： 2
----------------队列中阻塞的线程数1
线程池中活跃的线程数： 2
----------------队列中阻塞的线程数2
线程池中活跃的线程数： 2
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 3
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 4
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数3

这里采用了丢弃策略后，就没有再抛出异常，而是直接丢弃。在某些重要的场景下，可以采用记录日志或者存储到数据库中，而不应该直接丢弃。

设置策略有两种方式：

1. 方法一

RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue,handler);

2. 方法二

ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue);threadPool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());