JAVA线程池原理详解（1）

线程池的优点

1、线程是稀缺资源，使用线程池可以减少创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以重复使用。

2、可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线程的数量，防止因为消耗过多内存导致服务器崩溃。

线程池的创建

public ThreadPoolExecutor(
   int corePoolSize,
   int maximumPoolSize,
   long keepAliveTime,
   TimeUnit unit,
   BlockingQueue<Runnable> workQueue,
   RejectedExecutionHandler handler)

• corePoolSize：线程池核心线程数量

• maximumPoolSize:线程池最大线程数量

• keepAliverTime：当活跃线程数大于核心线程数时，空闲的多余线程最大存活时间

• unit：存活时间的单位

• workQueue：存放任务的队列

• handler：超出线程范围和队列容量的任务的处理程序

线程池的实现原理

提交一个任务到线程池中，线程池的处理流程如下：

1、判断线程池里的核心线程是否都在执行任务，如果不是（核心线程空闲或者还有核心线程没有被创建）则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程都在执行任务，则进入下个流程。

2、线程池判断工作队列是否已满，如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了，则进入下个流程。

3、判断线程池里的线程是否都处于工作状态，如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了，则交给饱和策略来处理这个任务。

线程池的源码解读

1、ThreadPoolExecutor的execute()方法

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
       throw new NullPointerException();
　　　//如果线程数大于等于基本线程数或者线程创建失败，将任务加入队列
    if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {
　　　　//线程池处于运行状态并且加入队列成功
       if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {
          if (runState != RUNNING || poolSize == 0)
             ensureQueuedTaskHandled(command);
          }
　　　　　　//线程池不处于运行状态或者加入队列失败，则创建线程（创建的是非核心线程）
       else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))
　　　　　　  //创建线程失败，则采取阻塞处理的方式
         reject(command); // is shutdown or saturated
      }
 }

2、创建线程的方法：addIfUnderCorePoolSize(command)

private boolean addIfUnderCorePoolSize(Runnable firstTask) {
    Thread t = null;
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    mainLock.lock();
    try {
        if (poolSize < corePoolSize && runState == RUNNING)
           t = addThread(firstTask);
    } finally {
        mainLock.unlock();
    }
    if (t == null)
       return false;
    t.start();
    return true;
}

我们重点来看第7行：

private Thread addThread(Runnable firstTask) {
     Worker w = new Worker(firstTask);
     Thread t = threadFactory.newThread(w);
     if (t != null) {
        w.thread = t;
        workers.add(w);
        int nt = ++poolSize;
        if (nt > largestPoolSize)
           largestPoolSize = nt;
      }
     return t;
}

这里将线程封装成工作线程worker，并放入工作线程组里，worker类的方法run方法：

public void run() {
    try {
       Runnable task = firstTask;
       firstTask = null;
       while (task != null || (task = getTask()) != null) {
           runTask(task);
            task = null;
        }
     } finally {
        workerDone(this);
     }
}

worker在执行完任务后，还会通过getTask方法循环获取工作队里里的任务来执行。

我们通过一个程序来观察线程池的工作原理：

1、创建一个线程

public class ThreadPoolTest implements Runnable
{
   @Override
   public void run()
   {
       try
       {
           Thread.sleep(300);
       }
       catch (InterruptedException e)
       {
           e.printStackTrace();
       }
   }
}

2、线程池循环运行16个线程：

public static void main(String[] args)
   {
       LinkedBlockingQueue<Runnable> queue =
           new LinkedBlockingQueue<Runnable>(5);
       ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60, TimeUnit.SECONDS, queue);
       for (int i = 0; i < 16 ; i++)
       {
           threadPool.execute(
               new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + "")));
           System.out.println("线程池中活跃的线程数： " + threadPool.getPoolSize());
           if (queue.size() > 0)
           {
               System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size());
           }
       }
       threadPool.shutdown();
   }

执行结果：

线程池中活跃的线程数： 1
线程池中活跃的线程数： 2
线程池中活跃的线程数： 3
线程池中活跃的线程数： 4
线程池中活跃的线程数： 5
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数1
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数2
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数4
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 6
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 7
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 8
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 9
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 10
----------------队列中阻塞的线程数5
Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task Thread[Thread15,5,main] rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@232204a1[Running, pool size = 10, active threads = 10, queued tasks = 5, completed tasks = 0]
   at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2047)
   at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:823)
   at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1369)
   at test.ThreadTest.main(ThreadTest.java:17)

从结果可以观察出：

1. 创建的线程池具体配置为：核心线程数量为5个；全部线程数量为10个；工作队列的长度为5。

2. 我们通过queue.size()的方法来获取工作队列中的任务数。

3. 运行原理：

        刚开始都是在创建新的线程，达到核心线程数量5个后，新的任务进来后不再创建新的线程，而是将任务加入工作队列，任务队列到达上线5个后，新的任务又会创建新的普通线程，直到达到线程池最大的线程数量10个，后面的任务则根据配置的饱和策略来处理。我们这里没有具体配置，使用的是默认的配置AbortPolicy:直接抛出异常。

当然，为了达到我需要的效果，上述线程处理的任务都是利用休眠导致线程没有释放！！

 

RejectedExecutionHandler：饱和策略

当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须对新提交的任务采用一种特殊的策略来进行处理。这个策略默认配置是AbortPolicy，表示无法处理新的任务而抛出异常。JAVA提供了4中策略：

• AbortPolicy：直接抛出异常

• CallerRunsPolicy：只用调用所在的线程运行任务

• DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。

• DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。

我们现在用第四种策略来处理上面的程序：

public static void main(String[] args)
   {
       LinkedBlockingQueue<Runnable> queue =
           new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3);
       RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();

       ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue,handler);
       for (int i = 0; i < 9 ; i++)
       {
           threadPool.execute(
               new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + "")));
           System.out.println("线程池中活跃的线程数： " + threadPool.getPoolSize());
           if (queue.size() > 0)
           {
               System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size());
           }
       }
       threadPool.shutdown();
   }

执行结果

线程池中活跃的线程数： 1
线程池中活跃的线程数： 2
线程池中活跃的线程数： 2
----------------队列中阻塞的线程数1
线程池中活跃的线程数： 2
----------------队列中阻塞的线程数2
线程池中活跃的线程数： 2
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 3
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 4
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数3

这里采用了丢弃策略后，就没有再抛出异常，而是直接丢弃。在某些重要的场景下，可以采用记录日志或者存储到数据库中，而不应该直接丢弃。

设置策略有两种方式：

第一种：

RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();
ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue,handler);

第二种：

ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue);
threadPool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecut