深刻Java源碼理解線程池原理

程序運行，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咱們編程優化演進的一個方向。今天說的線程池是對CPU的利用的優化手段。

網上有很多介紹如何使用線程池的文章，那我想說點什麼呢？我但願查看線程池原理，明白池化技術的基本設計思路。遇到其餘類似問題能夠解決。

池化技術

何爲池化技術，簡單點來講，就是提早保存大量的資源，以備不時之需。在資源有限的狀況下，該技術能夠大大提高資源的利用率，提高性能等。

目前比較典型的池化技術有： 線程池、鏈接池、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，但願讀者們能夠觸類旁通，經過對線程池的理解，學習並掌握全部的編程中池化技術的底層原理，一通百通。

建立一個線程

在java的併發編程中，線程是十分重要的，在Java中，建立一個線程比較簡單：

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();
    }
}
複製代碼

咱們經過建立一個線程對象，而且實現Runnable接口就能夠實現一個簡單的線程。能夠利用上多核CPU。當一個任務結束，當前線程就結束。

但不少時候，咱們不止會執行一個任務。若是每次都是如此的建立線程->執行任務->銷燬線程，會形成很大的性能開銷的。

那可否一個線程建立後，執行完一個任務後，又去執行另外一個任務，而不是銷燬。這就是線程池。

這就是池化技術的思想，經過預先建立好多個線程，放在池中，這樣能夠在須要使用線程的時候直接獲取，避免屢次重複建立、銷燬代理的開銷。

線程池的簡單使用

如下代碼，就是在java中建立線程池：

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();
    }
}
複製代碼

JDK提供給外部的接口也很簡單。直接調用ThreadPoolExecutor構造一個就能夠了，也能夠經過Executors靜態工廠構建，但通常不建議。

能夠看到，開發者想要在代碼中使用線程池仍是比較簡單的，這得益於Java給咱們封裝好了一系列的API。不少時候，咱們須要知道這些API後面幹了些啥，以便於咱們更好的設計與實現咱們的代碼。

線程池構造函數

一般，通常構造函數會反映出這個工具或這個對象的數據存儲結構。

若是把線程池比做一個公司。公司會有正式員工處理正常業務，若是工做量大的話，會僱傭外包人員來工做。閒時就能夠釋放外包人員以減小公司管理開銷。一個公司由於成本關係，僱傭的人員始終是有最大數。若是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，能夠類比正式員工數量，常駐線程數量。
• maximumPoolSize: 最大的線程數量，公司最多僱傭員工數量。常駐+臨時線程數量。
• workQueue：多餘任務等待隊列，再多的人都處理不過來了，須要等着，在這個地方等。
• keepAliveTime：非核心線程空閒時間，就是外包人員等了多久，若是尚未活幹，解僱了。
• threadFactory: 建立線程的工廠，在這個地方能夠統一處理建立的線程的屬性。每一個公司對員工的要求不同，恩，在這裏設置員工的屬性。
• handler：線程池拒絕策略，什麼意思呢？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

核心模塊用紅框標記了。

• 第一個紅框：判斷工做的線程數有沒有超過最大核心線程數量，若是沒有超過新鎮新的worker線程。而且推出。
• 第二個紅框：判斷線程池是否在運行，若是在，任務隊列是否容許插入，插入成功再次驗證線程池是否運行，若是再也不運行，移除插入的任務，而後拋出拒絕策略。若是再運行，沒有線程了，就啓用一個線程。
• 第三個紅框：若是添加非核心線程失敗，就直接拒絕了。

這裏邏輯稍微有點複雜，畫了個流程圖僅供參考

接下來，咱們看看如何添加一個工做線程的？ addWork

添加worker線程

這裏代碼有點長，不要緊，也是分塊的，總共有5個關鍵的代碼塊。

• 第一個紅框：作是否可以添加工做線程條件過濾。
  • 判斷線程池狀態，若是線程池已經關了，就不提交任務了。
• 第二個紅框：作自旋，更新建立線程數量。

  

• 第一個紅框：獲取線程池主鎖。
• 第二個紅框：添加線程到workers中（線程池中）。
• 第三個紅框：啓動新建的線程。 這樣就應該清晰不少了。

有人或許會疑問 retry 是什麼？這個是java中的goto語法。只能運用在break和continue後面。

接下來，咱們看看works是什麼。

一個hashSet。 到這來就完成了一個任務的提交。當一個線程完成了首次任務的執行，後續如何處理其餘的請求的呢？

worker線程處理隊列任務

• 第一個紅框：是不是第一次執行任務，或者從隊列中能夠獲取到任務。
• 第二個紅框：獲取到任務後，執行任務開始前操做鉤子。
• 第三個紅框：執行任務。
• 第四個紅框：執行任務後鉤子。

這兩個鉤子（beforeExecute，afterExecute）容許咱們本身繼承線程池，作任務執行先後處理。有意思。 到這裏，源代碼分析到此爲止。接下來作一下簡單的總結。

總結

1. 所謂線程池本質是一個hashSet。多餘的任務會放在阻塞隊列中。
2. 只有當阻塞隊列滿了後，纔會觸發非核心線程的建立。因此非核心線程只是臨時過來打雜的。直到空閒了，而後本身關閉了。
3. 線程池提供了兩個鉤子（beforeExecute，afterExecute）給咱們，咱們繼承線程池，在執行任務先後作一些事情。
4. 線程池原理關鍵技術：鎖（lock,cas）、阻塞隊列、hashSet（資源池）

最後但願對你理解線程池有幫助。

都看到這裏了，成神之路上，要不要一塊兒？