Java线程池核心原理

本文的整体结构如下所示。

Java线程池核心原理

看过Java线程池源码的小伙伴都知道，在Java线程池中最核心的类就是ThreadPoolExecutor，而在ThreadPoolExecutor类中最核心的构造方法就是带有7个参数的构造方法，如下所示。

publicThreadPoolExecutor(intcorePoolSize,
intmaximumPoolSize,
longkeepAliveTime,
TimeUnitunit,
BlockingQueueworkQueue,
ThreadFactorythreadFactory,
RejectedExecutionHandlerhandler)

各参数的含义如下所示。

corePoolSize：线程池中的常驻核心线程数。

maximumPoolSize：线程池能够容纳同时执行的最大线程数，此值大于等于1。

keepAliveTime：多余的空闲线程存活时间，当空间时间达到keepAliveTime值时，多余的线程会被销毁直到只剩下corePoolSize个线程为止。

unit：keepAliveTime的单位。

workQueue：任务队列，被提交但尚未被执行的任务。

threadFactory：表示生成线程池中工作线程的线程工厂，用户创建新线程，一般用默认即可。

handler：拒绝策略，表示当线程队列满了并且工作线程大于等于线程池的最大显示数(maxnumPoolSize)时，如何来拒绝请求执行的runnable的策略。

并且Java的线程池是通过 生产者-消费者模式 实现的，线程池的使用方是生产者，而线程池本身就是消费者。

Java线程池的核心工作流程如下图所示。

手撸Java线程池

我们自己手动实现的线程池要比Java自身的线程池简单的多，我们去掉了各种复杂的处理方式，只保留了最核心的原理：线程池的使用者向任务队列中添加任务，而线程池本身从任务队列中消费任务并执行任务。

只要理解了这个核心原理，接下来的代码就简单多了。在实现这个简单的线程池时，我们可以将整个实现过程进行拆解。拆解后的实现流程为：定义核心字段、创建内部类WorkThread、创建ThreadPool类的构造方法和创建执行任务的方法。

定义核心字段

首先，我们创建一个名称为ThreadPool的Java类，并在这个类中定义如下核心字段。

DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE：静态常量，表示默认的阻塞队列大小。

workQueue：模拟实际的线程池使用阻塞队列来实现生产者-消费者模式。

workThreads：模拟实际的线程池使用List集合保存线程池内部的工作线程。

核心代码如下所示。

//默认阻塞队列大小
privatestaticfinalintDEFAULT_WORKQUEUE_SIZE=5;

//模拟实际的线程池使用阻塞队列来实现生产者-消费者模式
privateBlockingQueueworkQueue;

//模拟实际的线程池使用List集合保存线程池内部的工作线程
privateListworkThreads=newArrayList();

创建内部类WordThread

在ThreadPool类中创建一个内部类WorkThread，模拟线程池中的工作线程。主要的作用就是消费workQueue中的任务，并执行任务。由于工作线程需要不断从workQueue中获取任务，所以，这里使用了while(true)循环不断尝试消费队列中的任务。

核心代码如下所示。

//内部类WorkThread，模拟线程池中的工作线程
//主要的作用就是消费workQueue中的任务，并执行
//由于工作线程需要不断从workQueue中获取任务，使用了while(true)循环不断尝试消费队列中的任务
classWorkThreadextendsThread{
@Override
publicvoidrun(){
//不断循环获取队列中的任务
while(true){
//当没有任务时，会阻塞
try{
RunnableworkTask=workQueue.take();
workTask.run();
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
}
}
}

创建ThreadPool类的构造方法

这里，我们为ThreadPool类创建两个构造方法，一个构造方法中传入线程池的容量大小和阻塞队列，另一个构造方法中只传入线程池的容量大小。

核心代码如下所示。

//在ThreadPool的构造方法中传入线程池的大小和阻塞队列
publicThreadPool(intpoolSize,BlockingQueueworkQueue){
this.workQueue=workQueue;
//创建poolSize个工作线程并将其加入到workThreads集合中
IntStream.range(0,poolSize).forEach((i)->{
WorkThreadworkThread=newWorkThread();
workThread.start();
workThreads.add(workThread);
});
}

//在ThreadPool的构造方法中传入线程池的大小
publicThreadPool(intpoolSize){
this(poolSize,newLinkedBlockingQueue<>(DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE));
}

创建执行任务的方法

在ThreadPool类中创建执行任务的方法execute()，execute()方法的实现比较简单，就是将方法接收到的Runnable任务加入到workQueue队列中。

核心代码如下所示。

//通过线程池执行任务
publicvoidexecute(Runnabletask){
try{
workQueue.put(task);
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
}

完整源码

这里，我们给出手动实现的ThreadPool线程池的完整源代码，如下所示。

packageio.binghe.thread.pool;

importjava.util.ArrayList;
importjava.util.List;
importjava.util.concurrent.BlockingQueue;
importjava.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
importjava.util.stream.IntStream;

/**
*@authorbinghe
*@version1.0.0
*@description自定义线程池
*/
publicclassThreadPool{

//默认阻塞队列大小
privatestaticfinalintDEFAULT_WORKQUEUE_SIZE=5;

//模拟实际的线程池使用阻塞队列来实现生产者-消费者模式
privateBlockingQueueworkQueue;

//模拟实际的线程池使用List集合保存线程池内部的工作线程
privateListworkThreads=newArrayList();

//在ThreadPool的构造方法中传入线程池的大小和阻塞队列
publicThreadPool(intpoolSize,BlockingQueueworkQueue){
this.workQueue=workQueue;
//创建poolSize个工作线程并将其加入到workThreads集合中
IntStream.range(0,poolSize).forEach((i)->{
WorkThreadworkThread=newWorkThread();
workThread.start();
workThreads.add(workThread);
});
}

//在ThreadPool的构造方法中传入线程池的大小
publicThreadPool(intpoolSize){
this(poolSize,newLinkedBlockingQueue<>(DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE));
}

//通过线程池执行任务
publicvoidexecute(Runnabletask){
try{
workQueue.put(task);
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
}

//内部类WorkThread，模拟线程池中的工作线程
//主要的作用就是消费workQueue中的任务，并执行
//由于工作线程需要不断从workQueue中获取任务，使用了while(true)循环不断尝试消费队列中的任务
classWorkThreadextendsThread{
@Override
publicvoidrun(){
//不断循环获取队列中的任务
while(true){
//当没有任务时，会阻塞
try{
RunnableworkTask=workQueue.take();
workTask.run();
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}

没错，我们仅仅用了几十行Java代码就实现了一个极简版的Java线程池，没错，这个极简版的Java线程池的代码却体现了Java线程池的核心原理。

接下来，我们测试下这个极简版的Java线程池。

编写测试程序

测试程序也比较简单，就是通过在main()方法中调用ThreadPool类的构造方法，传入线程池的大小，创建一个ThreadPool类的实例，然后循环10次调用ThreadPool类的execute()方法，向线程池中提交的任务为：打印当前线程的名称--->> Hello ThreadPool。

整体测试代码如下所示。

packageio.binghe.thread.pool.test;

importio.binghe.thread.pool.ThreadPool;

importjava.util.stream.IntStream;

/**
*@authorbinghe
*@version1.0.0
*@description测试自定义线程池
*/
publicclassThreadPoolTest{

publicstaticvoidmain(String[]args){
ThreadPoolthreadPool=newThreadPool(10);
IntStream.range(0,10).forEach((i)->{
threadPool.execute(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->>HelloThreadPool");
});
});
}
}

接下来，运行ThreadPoolTest类的main()方法，会输出如下信息。

Thread-0--->>HelloThreadPool
Thread-9--->>HelloThreadPool
Thread-5--->>HelloThreadPool
Thread-8--->>HelloThreadPool
Thread-4--->>HelloThreadPool
Thread-1--->>HelloThreadPool
Thread-2--->>HelloThreadPool
Thread-5--->>HelloThreadPool
Thread-9--->>HelloThreadPool
Thread-0--->>HelloThreadPool

至此，我们自定义的Java线程池就开发完成了。

总结

线程池的核心原理其实并不复杂，只要我们耐心的分析，深入其源码理解线程池的核心本质，你就会发现线程池的设计原来是如此的优雅。希望通过这个手写线程池的小例子，能够让你更好的理解线程池的核心原理。

审核编辑：刘清