线程池工作原理深入解析

目录一. 线程正常的生命周期二. 为什么要用线程池三. 线程池的核心原理四. 怎样创建线程池五.线程池的代码实现六. ThreadPoolExecutor 源码分析七. ThreadPoolExecutor 工作原理展示重点一. 线程正常的生命周期我们知道线程是有生命周期的在中间不出现阻塞情况下线程会从一开始的新建状态——就绪状态——运行状态——死亡状态。二. 为什么要用线程池在我们实际开发业务需求时往往会有很多的用户访问我们的业务如果来一个用户就创建一个线程用户结束又销毁线程如此频繁往复非常消耗系统的性能因此在实际开发业务代码时我们往往会使用线程池。线程池的好处就是可以在线程池中创建多个线程当有业务需要用到线程时它会自动到线程池中拿取已经存在线程而不会再去创建新的线程当线程完成了相应业务后它会把使用过的线程再还到线程池中而不会销毁它等待下一次任务的执行如此一来就节省了线程的创建与销毁这一动作提高了程序的运行效率。三. 线程池的核心原理1我们在初始创建线程池的时候线程池是空的当然我们也可以在创建线程池的时候就定义好线程池中有几个线程。2当我们需要用到线程时线程池会去创建新的线程对象当任务执行完毕之后它会把线程归还给线程池下次再有业务需要用到线程时不会去创建新的线程直接复用线程池中已经存在的线程。3如果有多个任务都需要使用线程但是线程池中的线程都正在工作时而且也无法在创建多余的线程那么当前的任务就会进行等待什么时候有空余线程任务就会再次开启。四. 怎样创建线程池Java已经帮我们封装好了一个关于线程池的工具类名叫 Executors我们可以根据这个工具类去创建不同类型的线程池。这里我把 Executors 的源码中所有创建线程池的方式列举下来如下图这些以 new 开头的都是线程池的构造方法我们可以用它创建线程池。此外线程池的类型也有很多种但底层逻辑都差不多。这里我就随便拿两个当例子说一下。1public static ExecutorsService newCachedThreadPool()可以创建一个没有线程上限的线程池从严格意义上来说它并不算是没有上限它的上限就是 int 类型的上限大约是21亿多我们看它的源码即可得知这里它的上显示 Integer 的最大值但我们基本不会创建这么多的线程服务器通常也承受不住。另外可以发现该构造方法返回的对象实际上在底层 new 了一个ThreadPoolExecutor 。public static ExecutorService newCachedThreadPool() { return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueueRunnable()); }2public static ExecutorsService newFixedThreadPool(int nThreads)可以创建一个有上限的线程池上限就是我们传入的参数。源码如下所示可以发现该构造方法也是 new 了一个ThreadPoolExecutor 然后 return 返回。public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueueRunnable()); }五.线程池的代码实现测试线程池如何使用我们先来定义一个线程类// 实现 Runnable 接口 public class MyRunnable implements Runnable{ // 重写 run 方法循环5次 Override public void run() { for (int i 0; i 5; i) { // 获取当前线程名称并打印 System.out.println(Thread.currentThread().getName() ------ i); } } }然后再定义一个线程池给它多添加几个任务public static void main(String[] args) { // 创建一个有上限的线程池上线设置为3 ExecutorService pool Executors.newFixedThreadPool(3); // 给线程池添加任务多添加几个超出它的上线 // 任务1 pool.submit(new MyRunnable()); // 任务2 pool.submit(new MyRunnable()); // 任务3 pool.submit(new MyRunnable()); // 任务4 pool.submit(new MyRunnable()); // 任务5 pool.submit(new MyRunnable()); // 任务6 pool.submit(new MyRunnable()); }运行 main 方法得到如下结果可以看到在控制台中尽管我们定义了6个线程任务但线程池中却只有3个线程分别是pool-1-thread-1pool-1-thread-2pool-1-thread-3这也对应了我们创建线程池时标注的最大线程数量3而且各位也可以发现pool-1-thread-2 这个线程打印了两次for循环其实下面还有线程pool-1-thread-1与线程pool-1-thread-3打印的另外两次for循环从从我们也可以看出来虽然我们定义了6个线程任务但我们定义了一个线程池数量最大为3的线程池当任务开始时最先来的三个任务会直接使用线程池中的线程当第四个第五个第六个任务来到时它会在线程池的外边排队等待当前三个任务有人把任务做完将线程归还给线程池后其他排队等待的线程就可以取出线程池去空余的线程去完成自己的任务了六.ThreadPoolExecutor源码分析刚才我们举得那两个例子特别用加粗字体说明了这两个线程池底层都是 new 了一个ThreadPoolExecutor下面我们就来看一下它的源码。在源码中有好几个ThreadPoolExecutor 的构造方法其中有一个最重要的如下所示该方法中一共有7个参数我把它们代表的意义都列举出来。对于ThreadPoolExecutor线程池来讲我们重点需要理解的有两点第一点就是这一大堆参数各自代表的含义第二就是线程池的工作原理public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueueRunnable workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) { if (corePoolSize 0 || maximumPoolSize 0 || maximumPoolSize corePoolSize || keepAliveTime 0) throw new IllegalArgumentException(); if (workQueue null || threadFactory null || handler null) throw new NullPointerException(); this.acc System.getSecurityManager() null ? null : AccessController.getContext(); this.corePoolSize corePoolSize; this.maximumPoolSize maximumPoolSize; this.workQueue workQueue; this.keepAliveTime unit.toNanos(keepAliveTime); this.threadFactory threadFactory; this.handler handler; }int corePoolSize代表线程池中的核心线程数量int maximumPoolSize代表线程池中最大线程数量这里我先解释一下该线程池中核心线程永远不会被销毁除非将线程池销毁除了核心线程我们还会有临时线程就好比是临时工如果我们线程池的任务过多核心线程已经忙不过来了就会有临时线程过来帮忙当临时线程空闲了一段时间之后没有接到任务它就又会被销毁。临时线程数量 最大线程数量 - 核心线程数量long keepAliveTime临时线程允许存活的时间数值如601002000等任意 long 类型的数都可以TimeUnit unit这个参数与时间数值参数是紧密联系的代表的是单位可以为秒分钟小时二者合在一起就表示临时线程最大空闲时间为 60秒、分、小时100秒、分、小时等若超过此规定时间线程仍然空闲则销毁临时线程BlockingQueueRunnable workQueue代表阻塞队列如果我们的核心线程都在工作时结果还有任务过来就会暂时进入到这个阻塞队列中去可以定义该队列的大小ThreadFactory threadFactory表示我们定义的线程是从哪来的即创建线程的方式RejectedExecutionHandler handler表示当等待队列满了临时线程也在工作状态的时候该如何处理我们可以抛出异常也可以拒绝服务等等一系列措施。七. ThreadPoolExecutor 工作原理展示重点刚才我大致说明了 ThreadPoolExecutor 的几个参数代表的意思下面我来举个例子让大家更好的去理解它如下所示现在我定义一个线程池核心线程数量定义为3临时线程数量也定义为3等待队列长度也定义为3当我们来了10个任务需要线程池去完成时我来一步步说明前提是第十个任务来了第一个任务还没有完成这里我简单描述各位应该能看懂1第一步当来了前三个任务而且是首次接受到任务时线程池会去创建三个核心线程去处理任务123如下图所示2第二步当来了任务456时因为核心线程都处在工作状态此时线程456 就会进入到等待队列(也叫阻塞队列)中去排队等待而不是由临时线程去处理它们如下图所示3第三步当来了任务789时因为此时已经没有空余线程了等待队列又是满的此时线程池就会再去创建三个临时线程去处理这任务789如下图所示4第四步当提交了第十个任务时大家可以看到此时核心线程在工作中临时线程也在工作中等待队列也满了那么此时线程池就会触发拒绝策略;5新来的任务就会被线程池拒绝服务Java中一共有四种拒绝策略供我们选择我们可以自行设置如果不设置默认就是直接将新来的任务丢弃并抛出异常。此外有一点需要注意这四种任务拒绝策略都是静态内部类我们直接通过类名.方法名调用即可。 一般情况下我们也不会去更改拒绝策略所以其他三种各位同学可以作为了解哦