轉(zhuǎn)載自? ?深入源碼分析Java線程池的實(shí)現(xiàn)原理

程序的運(yùn)行，其本質(zhì)上，是對(duì)系統(tǒng)資源（CPU、內(nèi)存、磁盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)等等）的使用。如何高效的使用這些資源是我們編程優(yōu)化演進(jìn)的一個(gè)方向。今天說(shuō)的線程池就是一種對(duì)CPU利用的優(yōu)化手段。

網(wǎng)上有不少介紹如何使用線程池的文章，那我想說(shuō)點(diǎn)什么呢？我希望通過(guò)學(xué)習(xí)線程池原理，明白所有池化技術(shù)的基本設(shè)計(jì)思路。遇到其他相似問(wèn)題可以解決。

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池化技術(shù)

前面提到一個(gè)名詞——池化技術(shù)，那么到底什么是池化技術(shù)呢？

池化技術(shù)簡(jiǎn)單點(diǎn)來(lái)說(shuō)，就是提前保存大量的資源，以備不時(shí)之需。在機(jī)器資源有限的情況下，使用池化技術(shù)可以大大的提高資源的利用率，提升性能等。

在編程領(lǐng)域，比較典型的池化技術(shù)有：

線程池、連接池、內(nèi)存池、對(duì)象池等。

本文主要來(lái)介紹一下其中比較簡(jiǎn)單的線程池的實(shí)現(xiàn)原理，希望讀者們可以舉一反三，通過(guò)對(duì)線程池的理解，學(xué)習(xí)并掌握所有編程中池化技術(shù)的底層原理。

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創(chuàng)建一個(gè)線程

在Java的并發(fā)編程中，線程是十分重要的，在Java中，創(chuàng)建一個(gè)線程比較簡(jiǎn)單：

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

我們通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)線程對(duì)象，并且實(shí)現(xiàn)Runnable接口就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的線程。可以利用上多核CPU。當(dāng)一個(gè)任務(wù)結(jié)束，當(dāng)前線程就接收。

但很多時(shí)候，我們不止會(huì)執(zhí)行一個(gè)任務(wù)。如果每次都是如此的創(chuàng)建線程->執(zhí)行任務(wù)->銷(xiāo)毀線程，會(huì)造成很大的性能開(kāi)銷(xiāo)。

那能否一個(gè)線程創(chuàng)建后，執(zhí)行完一個(gè)任務(wù)后，又去執(zhí)行另一個(gè)任務(wù)，而不是銷(xiāo)毀。這就是線程池。

這也就是池化技術(shù)的思想，通過(guò)預(yù)先創(chuàng)建好多個(gè)線程，放在池中，這樣可以在需要使用線程的時(shí)候直接獲取，避免多次重復(fù)創(chuàng)建、銷(xiāo)毀帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)。

線程池的簡(jiǎn)單使用

以下代碼，是在Java中創(chuàng)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()?{@Overridepublic?void?run()?{System.out.println("abcdefg");}});executorService.shutdown();} }

Jdk提供給外部的接口也很簡(jiǎn)單。直接調(diào)用ThreadPoolExecutor構(gòu)造一個(gè)就可以了，也可以通過(guò)Executors靜態(tài)工廠構(gòu)建，但一般不建議。

可以看到，開(kāi)發(fā)者想要在代碼中使用線程池還是比較簡(jiǎn)單的，這得益于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(lái)揭開(kāi)這個(gè)迷霧，看清線程池的本質(zhì)。

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線程池構(gòu)造函數(shù)

通常，一般構(gòu)造函數(shù)會(huì)反映出這個(gè)工具或這個(gè)對(duì)象的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。

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如果把線程池比作一個(gè)公司。公司會(huì)有正式員工處理正常業(yè)務(wù)，如果工作量大的話，會(huì)雇傭外包人員來(lái)工作。

閑時(shí)就可以釋放外包人員以減少公司管理開(kāi)銷(xiāo)。一個(gè)公司因?yàn)槌杀娟P(guān)系，雇傭的人員始終是有最大數(shù)。

如果這時(shí)候還有任務(wù)處理不過(guò)來(lái)，就走需求池排任務(wù)。

• acc : 獲取調(diào)用上下文

• corePoolSize: 核心線程數(shù)量，可以類(lèi)比正式員工數(shù)量，常駐線程數(shù)量。

• maximumPoolSize: 最大的線程數(shù)量，公司最多雇傭員工數(shù)量。常駐+臨時(shí)線程數(shù)量。

• workQueue：多余任務(wù)等待隊(duì)列，再多的人都處理不過(guò)來(lái)了，需要等著，在這個(gè)地方等。

• keepAliveTime：非核心線程空閑時(shí)間，就是外包人員等了多久，如果還沒(méi)有活干，解雇了。

• threadFactory: 創(chuàng)建線程的工廠，在這個(gè)地方可以統(tǒng)一處理創(chuàng)建的線程的屬性。每個(gè)公司對(duì)員工的要求不一樣，恩，在這里設(shè)置員工的屬性。

• handler：線程池拒絕策略，什么意思呢？就是當(dāng)任務(wù)實(shí)在是太多，人也不夠，需求池也排滿了，還有任務(wù)咋辦？默認(rèn)是不處理，拋出異常告訴任務(wù)提交者，我這忙不過(guò)來(lái)了。

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添加一個(gè)任務(wù)

接著，我們看一下線程池中比較重要的execute方法，該方法用于向線程池中添加一個(gè)任務(wù)。

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核心模塊用紅框標(biāo)記了。

• 第一個(gè)紅框：workerCountOf方法根據(jù)ctl的低29位，得到線程池的當(dāng)前線程數(shù)，如果線程數(shù)小于corePoolSize，則執(zhí)行addWorker方法創(chuàng)建新的線程執(zhí)行任務(wù)；

• 第二個(gè)紅框：判斷線程池是否在運(yùn)行，如果在，任務(wù)隊(duì)列是否允許插入，插入成功再次驗(yàn)證線程池是否運(yùn)行，如果不在運(yùn)行，移除插入的任務(wù)，然后拋出拒絕策略。如果在運(yùn)行，沒(méi)有線程了，就啟用一個(gè)線程。

• 第三個(gè)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(diǎn)復(fù)雜，畫(huà)了個(gè)流程圖僅供參考

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接下來(lái)，我們看看如何添加一個(gè)工作線程的？

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添加worker線程

從方法execute的實(shí)現(xiàn)可以看出：addWorker主要負(fù)責(zé)創(chuàng)建新的線程并執(zhí)行任務(wù)，代碼如下（這里代碼有點(diǎn)長(zhǎng)，沒(méi)關(guān)系，也是分塊的，總共有5個(gè)關(guān)鍵的代碼塊）：

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• 第一個(gè)紅框：做是否能夠添加工作線程條件過(guò)濾：

  • 判斷線程池的狀態(tài)，如果線程池的狀態(tài)值大于或等SHUTDOWN，則不處理提交的任務(wù)，直接返回；

• 第二個(gè)紅框：做自旋，更新創(chuàng)建線程數(shù)量：

  • 通過(guò)參數(shù)core判斷當(dāng)前需要?jiǎng)?chuàng)建的線程是否為核心線程，如果core為true，且當(dāng)前線程數(shù)小于corePoolSize，則跳出循環(huán)，開(kāi)始創(chuàng)建新的線程

有人或許會(huì)疑問(wèn) retry 是什么？這個(gè)是java中的goto語(yǔ)法。只能運(yùn)用在break和continue后面。

接著看后面的代碼：

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• 第一個(gè)紅框：獲取線程池主鎖。

  • 線程池的工作線程通過(guò)Woker類(lèi)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)ReentrantLock鎖保證線程安全。

• 第二個(gè)紅框：添加線程到workers中（線程池中）。

• 第三個(gè)紅框：啟動(dòng)新建的線程。

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接下來(lái)，我們看看workers是什么。

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一個(gè)hashSet。所以，線程池底層的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)其實(shí)就是一個(gè)HashSet。

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worker線程處理隊(duì)列任務(wù)

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• 第一個(gè)紅框：是否是第一次執(zhí)行任務(wù)，或者從隊(duì)列中可以獲取到任務(wù)。

• 第二個(gè)紅框：獲取到任務(wù)后，執(zhí)行任務(wù)開(kāi)始前操作鉤子。

• 第三個(gè)紅框：執(zhí)行任務(wù)。

• 第四個(gè)紅框：執(zhí)行任務(wù)后鉤子。

這兩個(gè)鉤子（beforeExecute，afterExecute）允許我們自己繼承線程池，做任務(wù)執(zhí)行前后處理。

到這里，源代碼分析到此為止。接下來(lái)做一下簡(jiǎn)單的總結(jié)。

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總結(jié)

所謂線程池本質(zhì)是一個(gè)hashSet。多余的任務(wù)會(huì)放在阻塞隊(duì)列中。

只有當(dāng)阻塞隊(duì)列滿了后，才會(huì)觸發(fā)非核心線程的創(chuàng)建。所以非核心線程只是臨時(shí)過(guò)來(lái)打雜的。直到空閑了，然后自己關(guān)閉了。

線程池提供了兩個(gè)鉤子（beforeExecute，afterExecute）給我們，我們繼承線程池，在執(zhí)行任務(wù)前后做一些事情。

線程池原理關(guān)鍵技術(shù)：鎖（lock,cas）、阻塞隊(duì)列、hashSet（資源池）

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最后希望對(duì)你理解線程池有幫助。最后，留一個(gè)思考題，為什么線程池的底層數(shù)據(jù)接口采用HashSet來(lái)實(shí)現(xiàn)？

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的深入源码分析Java线程池的实现原理的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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