Java多線程系列--「JUC線程池」02之 線程池原理(一)

概要

在上一章"Java多線程系列--「JUC線程池」01之 線程池架構"中，咱們瞭解了線程池的架構。線程池的實現類是ThreadPoolExecutor類。本章，咱們經過分析ThreadPoolExecutor類，來了解線程池的原理。內容包括：
ThreadPoolExecutor簡介
ThreadPoolExecutor數據結構
線程池調度

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ThreadPoolExecutor簡介

ThreadPoolExecutor是線程池類。對於線程池，能夠通俗的將它理解爲"存放必定數量線程的一個線程集合。線程池容許若個線程同時容許，容許同時運行的線程數量就是線程池的容量；當添加的到線程池中的線程超過它的容量時，會有一部分線程阻塞等待。線程池會經過相應的調度策略和拒絕策略，對添加到線程池中的線程進行管理。"

 

ThreadPoolExecutor數據結構

ThreadPoolExecutor的數據結構以下圖所示：

各個數據在ThreadPoolExecutor.java中的定義以下：

// 阻塞隊列。
private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;
// 互斥鎖
private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();
// 線程集合。一個Worker對應一個線程。
private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();
// 「終止條件」，與「mainLock」綁定。
private final Condition termination = mainLock.newCondition();
// 線程池中線程數量曾經達到過的最大值。
private int largestPoolSize;
// 已完成任務數量
private long completedTaskCount;
// ThreadFactory對象，用於建立線程。
private volatile ThreadFactory threadFactory;
// 拒絕策略的處理句柄。
private volatile RejectedExecutionHandler handler;
// 保持線程存活時間。
private volatile long keepAliveTime;

private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut;
// 核心池大小
private volatile int corePoolSize;
// 最大池大小
private volatile int maximumPoolSize;

 

1. workers
    workers是HashSet<Work>類型，即它是一個Worker集合。而一個Worker對應一個線程，也就是說線程池經過workers包含了"一個線程集合"。當Worker對應的線程池啓動時，它會執行線程池中的任務；當執行完一個任務後，它會從線程池的阻塞隊列中取出一個阻塞的任務來繼續運行。
    wokers的做用是，線程池經過它實現了"容許多個線程同時運行"。

2. workQueue
    workQueue是BlockingQueue類型，即它是一個阻塞隊列。當線程池中的線程數超過它的容量的時候，線程會進入阻塞隊列進行阻塞等待。
    經過workQueue，線程池實現了阻塞功能。

3. mainLock
    mainLock是互斥鎖，經過mainLock實現了對線程池的互斥訪問。

4. corePoolSize和maximumPoolSize
    corePoolSize是"核心池大小"，maximumPoolSize是"最大池大小"。它們的做用是調整"線程池中實際運行的線程的數量"。
    例如，當新任務提交給線程池時(經過execute方法)。
          -- 若是此時，線程池中運行的線程數量< corePoolSize，則建立新線程來處理請求。
          -- 若是此時，線程池中運行的線程數量> corePoolSize，可是卻< maximumPoolSize；則僅當阻塞隊列滿時才建立新線程。
          若是設置的 corePoolSize 和 maximumPoolSize 相同，則建立了固定大小的線程池。若是將 maximumPoolSize 設置爲基本的無界值（如 Integer.MAX_VALUE），則容許池適應任意數量的併發任務。在大多數狀況下，核心池大小和最大池大小的值是在建立線程池設置的；可是，也能夠使用 setCorePoolSize(int) 和 setMaximumPoolSize(int) 進行動態更改。

5. poolSize
    poolSize是當前線程池的實際大小，即線程池中任務的數量。

6. allowCoreThreadTimeOut和keepAliveTime
    allowCoreThreadTimeOut表示是否容許"線程在空閒狀態時，仍然可以存活"；而keepAliveTime是當線程池處於空閒狀態的時候，超過keepAliveTime時間以後，空閒的線程會被終止。

7. threadFactory
    threadFactory是ThreadFactory對象。它是一個線程工廠類，"線程池經過ThreadFactory建立線程"。

8. handler
    handler是RejectedExecutionHandler類型。它是"線程池拒絕策略"的句柄，也就是說"當某任務添加到線程池中，而線程池拒絕該任務時，線程池會經過handler進行相應的處理"。

 

綜上所說，線程池經過workers來管理"線程集合"，每一個線程在啓動後，會執行線程池中的任務；當一個任務執行完後，它會從線程池的阻塞隊列中取出任務來繼續運行。阻塞隊列是管理線程池任務的隊列，當添加到線程池中的任務超過線程池的容量時，該任務就會進入阻塞隊列進行等待。

 

線程池調度

咱們經過下面的圖看看下面線程池中任務的調度策略，加深對線程池的理解。

圖-01:

 

圖-02:

 

說明：    在"圖-01"中，線程池中有N個任務。"任務1", "任務2", "任務3"這3個任務在執行，而"任務3"到"任務N"在阻塞隊列中等待。正在執行的任務，在workers集合中，workers集合包含3個Worker，每個Worker對應一個Thread線程，Thread線程每次處理一個任務。    當workers集合中處理完某一個任務以後，會從阻塞隊列中取出一個任務來繼續執行，如圖-02所示。圖-02表示"任務1"處理完畢以後，線程池將"任務4"從阻塞隊列中取出，放到workers中進行處理。