線程池的實現原理

時間 2019-11-09

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線程池的優勢

一、線程是稀缺資源，使用線程池能夠減小建立和銷燬線程的次數，每一個工做線程均可以重複使用。設置線程的個數請看極客時間上這邊文章的介紹:time.geekbang.org/column/arti…, cpu密集型:cpu核數+1;IO密集型:單核:1 +（I/O 耗時 / CPU 耗時）,多核:CPU 核數 * [ 1 +（I/O 耗時 / CPU 耗時)]數組

二、能夠根據系統的承受能力，調整線程池中工做線程的數量，防止由於消耗過多內存致使服務器崩潰。緩存

線程池的建立

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                int maximumPoolSize,
                                long keepAliveTime,
                                TimeUnit unit,
                                BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                                RejectedExecutionHandler handler) 
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corePoolSize：線程池核心線程數量

maximumPoolSize:線程池最大線程數量

keepAliverTime：當活躍線程數大於核心線程數時，空閒的多餘線程最大存活時間

unit：存活時間的單位

workQueue：存聽任務的隊列

handler：超出線程範圍和隊列容量的任務的處理程序

注：關於workQueue參數的取值,JDK提供了4種阻塞隊列類型供選擇：
            ArrayBlockingQueue：基於數組結構的有界阻塞隊列，按FIFO排序任務；
            
            inkedBlockingQuene：基於鏈表結構的阻塞隊列，按FIFO排序任務，吞吐量一般要高於ArrayBlockingQuene 

            SynchronousQuene：一個不存儲元素的阻塞隊列，每一個插入操做必須等到另外一個線程調用移除操做，不然插入操做一直處於阻塞狀態，吞吐量一般要高於ArrayBlockingQuene；

            PriorityBlockingQuene：具備優先級的無界阻塞隊列；

     threadFactory：線程工廠，主要用來建立線程；

     handler：表示當拒絕處理任務時的策略，有如下四種取值

 注： 當線程池的飽和策略，當阻塞隊列滿了，且沒有空閒的工做線程，若是繼續提交任務，必須採起一種策略處理該任務，線程池提供了4種策略：

        ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丟棄任務並拋出RejectedExecutionException異常。

        ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丟棄任務，可是不拋出異常。

        ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丟棄隊列最前面的任務，而後從新嘗試執行任務（重複此過程）

        ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由調用線程處理該任務

        固然也能夠根據應用場景實現RejectedExecutionHandler接口，自定義飽和策略，如記錄日誌或持久化存儲不能處理的任務。


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線程池的實現原理

提交一個任務到線程池中，線程池的處理流程以下：

一、判斷線程池裏的核心線程是否都在執行任務，若是不是（核心線程空閒或者還有核心線程沒有被建立）則建立一個新的工做線程來執行任務。若是核心線程都在執行任務，則進入下個流程。

二、線程池判斷工做隊列是否已滿，若是工做隊列沒有滿，則將新提交的任務存儲在這個工做隊列裏。若是工做隊列滿了，則進入下個流程。

三、判斷線程池裏的線程是否都處於工做狀態，若是沒有，則建立一個新的工做線程來執行任務。若是已經滿了，則交給飽和策略來處理這個任務。
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線程池的源碼解讀

public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
            //若是線程數大於等於基本線程數或者線程建立失敗，將任務加入隊列
        if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {
           //線程池處於運行狀態而且加入隊列成功
            if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {
                if (runState != RUNNING || poolSize == 0)
                    ensureQueuedTaskHandled(command);
            }
           //線程池不處於運行狀態或者加入隊列失敗，則建立線程（建立的是非核心線程）
            else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))
          //建立線程失敗，則採起阻塞處理的方式
                reject(command); // is shutdown or saturated
        }
    }
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初始化四種類型的線程池

一、newFixedThreadPool()

說明：初始化一個指定線程數的線程池，其中corePoolSize == maxiPoolSize，使用LinkedBlockingQuene做爲阻塞隊列
特色：即便當線程池沒有可執行任務時，也不會釋放線程。
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二、newCachedThreadPool()

說明：初始化一個能夠緩存線程的線程池，默認緩存60s，線程池的線程數可達到Integer.MAX_VALUE，即2147483647，內部使用SynchronousQueue做爲阻塞隊列；
特色：在沒有任務執行時，當線程的空閒時間超過keepAliveTime，會自動釋放線程資源；當提交新任務時，若是沒有空閒線程，則建立新線程執行任務，會致使必定的系統開銷；
所以，使用時要注意控制併發的任務數，防止因建立大量的線程致使而下降性能。
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三、newSingleThreadExecutor()

說明：初始化只有一個線程的線程池，內部使用LinkedBlockingQueue做爲阻塞隊列。
特色：若是該線程異常結束，會從新建立一個新的線程繼續執行任務，惟一的線程能夠保證所提交任務的順序執行
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四、newScheduledThreadPool()

特定：初始化的線程池能夠在指定的時間內週期性的執行所提交的任務，在實際的業務場景中可使用該線程池按期的同步數據。

總結：除了newScheduledThreadPool的內部實現特殊一點以外，其它線程池內部都是基於ThreadPoolExecutor類（Executor的子類）實現的。
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向線程池提交任務

有兩種方式：bash

Executor.execute(Runnable command);

  ExecutorService.submit(Callable<T> task);
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execute()的內部實現

1.首次經過workCountof()獲知當前線程池中的線程數，

  若是小於corePoolSize, 就經過addWorker()建立線程並執行該任務；

&emsp;不然，將該任務放入阻塞隊列；

2. 若是能成功將任務放入阻塞隊列中,  

若是當前線程池是非RUNNING狀態，則將該任務從阻塞隊列中移除，而後執行reject()處理該任務；

若是當前線程池處於RUNNING狀態，則須要再次檢查線程池（由於可能在上次檢查後，有線程資源被釋放），是否有空閒的線程；若是有則執行該任務；

三、若是不能將任務放入阻塞隊列中,說明阻塞隊列已滿；那麼將經過addWoker()嘗試建立一個新的線程去執行這個任務；若是addWoker()執行失敗，說明線程池中線程數達到maxPoolSize,則執行reject()處理任務；
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sumbit()內部實現

會將提交的Callable任務會被封裝成了一個FutureTask對象

FutureTask類實現了Runnable接口，這樣就能夠經過Executor.execute()提交FutureTask到線程池中等待被執行，最終執行的是FutureTask的run方法； 

比較：

 兩個方法均可以向線程池提交任務，execute()方法的返回類型是void，它定義在Executor接口中, 而submit()方法能夠返回持有計算結果的Future對象，它定義在ExecutorService接口中，它擴展了Executor接口，其它線程池類像ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor都有這些方法。 
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