深刻源码分析-线程池的实现原理

本文主要来介绍一下其中比较简单的线程池的实现原理，但愿读者们能够触类旁通，经过对线程池的理解，学习并掌握全部编程中池化技术的底层原理。

建立一个线程

在Java的并发编程中，线程是十分重要的，在Java中，建立一个线程比较简单：

public class App {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("线程运行中");
            }
        }).start();
    }
}

咱们经过建立一个线程对象，而且实现Runnable接口就能够实现一个简单的线程。能够利用上多核CPU。当一个任务结束，当前线程就接收。

但不少时候，咱们不止会执行一个任务。 若是每次都是如此的建立线程->执行任务->销毁线程，会形成很大的性能开销。

那可否一个线程建立后，执行完一个任务后，又去执行另外一个任务，而不是销毁。这就是线程池。

这也就是池化技术的思想，经过预先建立好多个线程，放在池中，这样能够在须要使用线程的时候直接获取，避免屡次重复建立、销毁带来的开销。

线程池的简单使用

如下代码，是在Java中建立线程池：

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();
    }
}

Jdk提供给外部的接口也很简单。直接调用ThreadPoolExecutor构造一个就能够了，也能够经过Executors静态工厂构建，但通常不建议。

能够看到，开发者想要在代码中使用线程池仍是比较简单的，这得益于Java给咱们封装好的一系列API。可是，这些API的背后是什么呢，让咱们来揭开这个迷雾，看清线程池的本质。

线程池构造函数

一般，通常构造函数会反映出这个工具或这个对象的数据存储结构。

若是把线程池比做一个公司。公司会有正式员工处理正常业务，若是工做量大的话，会雇佣外包人员来工做。

闲时就能够释放外包人员以减小公司管理开销。一个公司由于成本关系，雇佣的人员始终是有最大数。

若是这时候还有任务处理不过来，就走需求池排任务。

• acc : 获取调用上下文

• corePoolSize: 核心线程数量，能够类比正式员工数量，常驻线程数量。

• maximumPoolSize: 最大的线程数量，公司最多雇佣员工数量。常驻+临时线程数量。

• workQueue：多余任务等待队列，再多的人都处理不过来了，须要等着，在这个地方等。

• keepAliveTime：非核心线程空闲时间，就是外包人员等了多久，若是尚未活干，解雇了。

• threadFactory: 建立线程的工厂，在这个地方能够统一处理建立的线程的属性。每一个公司对员工的要求不同，恩，在这里设置员工的属性。

• handler：线程池拒绝策略，什么意思呢？就是当任务实在是太多，人也不够，需求池也排满了，还有任务咋办？默认是不处理，抛出异常告诉任务提交者，我这忙不过来了。

添加一个任务

接着，咱们看一下线程池中比较重要的execute方法，该方法用于向线程池中添加一个任务。

核心模块用红框标记了。

• 第一个红框： workerCountOf方法根据ctl的低29位，获得线程池的当前线程数，若是线程数小于corePoolSize，则执行addWorker方法建立新的线程执行任务；

• 第二个红框：判断线程池是否在运行，若是在，任务队列是否容许插入，插入成功再次验证线程池是否运行，若是不在运行，移除插入的任务，而后抛出拒绝策略。若是在运行，没有线程了，就启用一个线程。

• 第三个红框：若是添加非核心线程失败，就直接拒绝了。

这里逻辑稍微有点复杂，画了个流程图仅供参考

接下来，咱们看看如何添加一个工做线程的？

添加worker线程

从方法execute的实现能够看出：addWorker主要负责建立新的线程并执行任务，代码以下（这里代码有点长，不要紧，也是分块的，总共有5个关键的代码块）：

• 第一个红框：作是否可以添加工做线程条件过滤：

  • 判断线程池的状态，若是线程池的状态值大于或等SHUTDOWN，则不处理提交的任务，直接返回；

• 第二个红框：作自旋，更新建立线程数量：

  • 经过参数core判断当前须要建立的线程是否为核心线程，若是core为true，且当前线程数小于corePoolSize，则跳出循环，开始建立新的线程

有人或许会疑问 retry 是什么？这个是java中的goto语法。只能运用在break和continue后面。

接着看后面的代码：

• 第一个红框：获取线程池主锁。

  • 线程池的工做线程经过Woker类实现，经过ReentrantLock锁保证线程安全。

• 第二个红框：添加线程到workers中（线程池中）。

• 第三个红框：启动新建的线程。

接下来，咱们看看workers是什么。

一个hashSet。因此，线程池底层的存储结构其实就是一个HashSet。

worker线程处理队列任务

• 第一个红框：是不是第一次执行任务，或者从队列中能够获取到任务。

• 第二个红框：获取到任务后，执行任务开始前操做钩子。

• 第三个红框：执行任务。

• 第四个红框：执行任务后钩子。

这两个钩子（beforeExecute，afterExecute）容许咱们本身继承线程池，作任务执行先后处理。

到这里，源代码分析到此为止。接下来作一下简单的总结。

总结

所谓线程池本质是一个hashSet。多余的任务会放在阻塞队列中。

只有当阻塞队列满了后，才会触发非核心线程的建立。因此非核心线程只是临时过来打杂的。直到空闲了，而后本身关闭了。

线程池提供了两个钩子（beforeExecute，afterExecute）给咱们，咱们继承线程池，在执行任务先后作一些事情。

线程池原理关键技术：锁（lock,cas）、阻塞队列、hashSet（资源池）

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最后但愿对你理解线程池有帮助。最后，留一个思考题，为何线程池的底层数据接口采用HashSet来实现？