Java线程池原理分析

时间 2020-12-27 标签线程池 Java线程池原理线程池原理原理分析

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1. 线程池设计理念

其实这篇文章在去年就已经写完了，但是因为懒一直没有整理成博客，今天痛定思痛下定决心，也要把它发表出来！

好吧，事实上电脑里还存了这么多东西没有整理成博客，我真是服了自己这个拖延症了！

废话不多说，进入正题。

1. 线程池设计理念

了解程序的设计理念，才能更好的理解他的设计思路。

1.1 减少创建/切换线程开销

目前JVM采用的线程模型还是1：1的模型，也就是说一条Java线程对应一条OS线程，那么无论是创建，销毁，还是阻塞唤醒线程，其实都涉及到线程上下文的切换。 也就是说无论是线程中存在的局部变量，线程中程序运行的位置指针，都需要被操作系统精心保存起来，虽然说线程相比较进程来说，已经极大的减少了这些资源的占用，但是比如像早期BIO实现服务器模型那种（如下图），一个客户端连接进来就要开启一条线程，会极大的占用系统资源，降低使用效率。

因此大神们就相想出一个解决方案，与其等待任务进来，不断地创建再销毁线程，不如维护几个常用线程，然后提交任务进来，让这几个常用线程干活，这样就能极大的减少线程创建和切换时的资源开销。 于是这时候服务器就可以这样实现，不用在像以前一样创建成百上千的线程。

这就是线程池的核心设计理念，核心理念就是为了减少减少创建/切换线程开销。

1.2 线程池模型

这张图就是Java默认实现线程池的架构图，现在看可能还是让人一头雾水，这里我分模块来介绍。

1.2.1 BlockingQueue

首先要明白什么是BlockingQueue，即阻塞队列，也就是一个能保证读写线程安全的队列容器， 其原理也很简单，就是使用到了生产者消费者模型 和 线程同步机制，保证了多线程去操作容器时，会变并行为串行操作。

在线程池中的作用，就是作为一个任务存储队列，因为线程池中有多条线程同时去队列中获取任务，因此需要调用其同步获取方法take()。

1.2.2 corePool

corePool就是核心线程池，线程池初始化时会先创建几条线程，这几条线程就是核心线程池的线程。

核心线程池相当于线程池的长期工人，线程池创建他们就已经存在，直到线程池销毁他们才会销毁。

1.2.3 maxmumPool

线程池有一种冗余机制，就是当核心线程池忙不过来，而且BlockingQueue满了（满了以后就不能再继续向队列里添加任务），这时线程池就会找一些临时工， 这就是corePool之外的线程，当然maxmumPool也会有上限，当超过这个上限线程池就拒绝工作啦！

说明一点，为什么说maxmumPool中的是临时工，因为他们在一定时间内没有工作以后，线程池会解雇他们，即销毁核心线程池以外的线程。

1.2.4 RejectedExecutionHandler

上面说到，超过maxmumPool以后，线程池会拒绝工作，这个就是线程池的拒绝策略，也就是说拒绝工作以后怎么处理再提交上来的任务。

下面是我的一段笔记：

当线程池的任务缓存队列已满并且线程池中的线程数目达到maximumPoolSize，如果还有任务到来就会采取任务拒绝策略，通常有以下四种策略：

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务

1.2.3 execute

这个是线程池的核心方法，也是线程池的入口方法，相当于一个核心调度器，来决定提交的任务进入哪个流程。后续我们会对这个方法进行源码分析。

2.线程池使用实例

public class TestThreadPool {

    static class MyTask implements Runnable {

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("任务运行在线程：" + Thread.currentThread().getName());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个线程池
        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(10,20,1000,
                TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingDeque<>());
        for (int i = 0; i <100; i++) {
            // 提交任务
            threadPool.execute(new MyTask());
        }
        // 关闭线程池
        threadPool.shutdown();
    }
}

上面是一段线程池的使用实例，我们创建了一个线程池，然后循环提交了100个任务，然后关闭线程池。可以看到整个使用还是比较简单的。

下面是构造方法，这里我们推荐不使用JDK自带的几种线程池，因为自己进行配置会具有更好的可控性（《阿里巴巴编码规范》中的推荐写法）

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue) {...}

上面几个参数说明：参考上面线程池模型中解释。

corePoolSize：指定核心线程池大小
maximumPoolSize：指定线程池最大容量
keepAliveTime：这个就是指定上面我说的，maximumPool中线程无任务时的保持时间，因为corePool外的线程都是“临时工”，当他们没任务可干时，就会自动销毁，这里的keepAliveTime就是指没有任务多久之后，这些线程会被销毁
unit：时间单元，可以指定为小时，分钟，秒，毫秒等等
workQueue：就是任务队列，当corePool线程都在执行任务时，新提交的任务进入workQueue。

3. 线程池工作流程

结合线程池架构图，就会很容易的理解线程池的工作流程

提交任务到线程池，如果此时池中线程数量小于corePoolSize，就直接创建一个核心池线程，执行任务
如果线程池中线程数量已经达到corePoolSize，就直接提交到BlockQueue任务队列中，此时线程池中的线程会不断从任务队列中取出任务执行
如果任务队列满了，也就是相当于任务提交太快，导致核心池线程工作响应不及时，此时线程池会开始找临时工，会继续新建线程，直到线程池内总数到达maximumPoolSize，当然新建的线程也会不断从任务队列中取任务
如果线程池达到maximumPoolSize，再提交的任务会进入拒绝策略

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