java 系統(tǒng)的運(yùn)行歸根到底是程序的運(yùn)行，程序的運(yùn)行歸根到底是代碼的執(zhí)行，代碼的執(zhí)行歸根到底是虛擬機(jī)的執(zhí)行，虛擬機(jī)的執(zhí)行其實(shí)就是操作系統(tǒng)的線(xiàn)程在執(zhí)行，并且會(huì)占用一定的系統(tǒng)資源，如CPU、內(nèi)存、磁盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)等等。所以，如何高效的使用這些資源就是程序員在平時(shí)寫(xiě)代碼時(shí)候的一個(gè)努力的方向。本文要說(shuō)的線(xiàn)程池就是一種對(duì) CPU 利用的優(yōu)化手段。

線(xiàn)程池，百度百科是這么解釋的：

線(xiàn)程池是一種多線(xiàn)程處理形式，處理過(guò)程中將任務(wù)添加到隊(duì)列，然后在創(chuàng)建線(xiàn)程后自動(dòng)啟動(dòng)這些任務(wù)。線(xiàn)程池線(xiàn)程都是后臺(tái)線(xiàn)程。每個(gè)線(xiàn)程都使用默認(rèn)的堆棧大小，以默認(rèn)的優(yōu)先級(jí)運(yùn)行，并處于多線(xiàn)程單元中。如果某個(gè)線(xiàn)程在托管代碼中空閑（如正在等待某個(gè)事件）,則線(xiàn)程池將插入另一個(gè)輔助線(xiàn)程來(lái)使所有處理器保持繁忙。如果所有線(xiàn)程池線(xiàn)程都始終保持繁忙，但隊(duì)列中包含掛起的工作，則線(xiàn)程池將在一段時(shí)間后創(chuàng)建另一個(gè)輔助線(xiàn)程但線(xiàn)程的數(shù)目永遠(yuǎn)不會(huì)超過(guò)最大值。超過(guò)最大值的線(xiàn)程可以排隊(duì)，但他們要等到其他線(xiàn)程完成后才啟動(dòng)。

線(xiàn)程池，其實(shí)就是維護(hù)了很多線(xiàn)程的池子，類(lèi)似這樣的技術(shù)還有很多的，例如：HttpClient 連接池、數(shù)據(jù)庫(kù)連接池、內(nèi)存池等等。

線(xiàn)程池的優(yōu)點(diǎn)

在 Java 并發(fā)編程框架中的線(xiàn)程池是運(yùn)用場(chǎng)景最多的技術(shù)，幾乎所有需要異步或并發(fā)執(zhí)行任務(wù)的程序都可以使用線(xiàn)程池。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，合理地使用線(xiàn)程池能夠帶來(lái)至少以下4個(gè)好處。

第一：降低資源消耗。通過(guò)重復(fù)利用已創(chuàng)建的線(xiàn)程降低線(xiàn)程創(chuàng)建和銷(xiāo)毀造成的消耗；

第二：提高響應(yīng)速度。當(dāng)任務(wù)到達(dá)時(shí)，任務(wù)可以不需要等到線(xiàn)程創(chuàng)建就能立即執(zhí)行；

第三：提高線(xiàn)程的可管理性。線(xiàn)程是稀缺資源，如果無(wú)限制地創(chuàng)建，不僅會(huì)消耗系統(tǒng)資源，還會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使用線(xiàn)程池可以進(jìn)行統(tǒng)一分配、調(diào)優(yōu)和監(jiān)控。

第四：提供更強(qiáng)大的功能，比如延時(shí)定時(shí)線(xiàn)程池；

線(xiàn)程池的實(shí)現(xiàn)原理

當(dāng)向線(xiàn)程池提交一個(gè)任務(wù)之后，線(xiàn)程池是如何處理這個(gè)任務(wù)的呢？下面就先來(lái)看一下它的主要處理流程。先來(lái)看下面的這張圖，然后我們一步一步的來(lái)解釋。

當(dāng)使用者將一個(gè)任務(wù)提交到線(xiàn)程池以后，線(xiàn)程池是這么執(zhí)行的：

①首先判斷核心的線(xiàn)程數(shù)是否已滿(mǎn)，如果沒(méi)有滿(mǎn)，那么就去創(chuàng)建一個(gè)線(xiàn)程去執(zhí)行該任務(wù)；否則請(qǐng)看下一步

②如果線(xiàn)程池的核心線(xiàn)程數(shù)已滿(mǎn)，那么就繼續(xù)判斷任務(wù)隊(duì)列是否已滿(mǎn)，如果沒(méi)滿(mǎn)，那么就將任務(wù)放到任務(wù)隊(duì)列中；否則請(qǐng)看下一步

③如果任務(wù)隊(duì)列已滿(mǎn)，那么就判斷線(xiàn)程池是否已滿(mǎn)，如果沒(méi)滿(mǎn)，那么就創(chuàng)建線(xiàn)程去執(zhí)行該任務(wù)；否則請(qǐng)看下一步；

④如果線(xiàn)程池已滿(mǎn)，那么就根據(jù)拒絕策略來(lái)做出相應(yīng)的處理；

上面的四步其實(shí)就已經(jīng)將線(xiàn)程池的執(zhí)行原理描述結(jié)束了。如果不明白沒(méi)有關(guān)系，先一步一步往下看，上面涉及到的線(xiàn)程池的專(zhuān)有名詞都會(huì)詳細(xì)的介紹到。

我們?cè)谄綍r(shí)的開(kāi)發(fā)中，線(xiàn)程池的使用基本都是基于ThreadPoolExexutor類(lèi)，他的繼承體系是這樣子的：

那既然說(shuō)在使用中都是基于ThreadPoolExecutor的那么我們就重點(diǎn)分析這個(gè)類(lèi)。

至于他構(gòu)造體系中的其他的類(lèi)或者是接口中的屬性，這里就不去截圖了，完全沒(méi)有必要。小伙伴如果實(shí)在想看就自己去打開(kāi)代碼看一下就行了。

ThreadPoolExecutor

在《阿里巴巴 java 開(kāi)發(fā)手冊(cè)》中指出了線(xiàn)程資源必須通過(guò)線(xiàn)程池提供，不允許在應(yīng)用中自行顯示的創(chuàng)建線(xiàn)程，這樣一方面是線(xiàn)程的創(chuàng)建更加規(guī)范，可以合理控制開(kāi)辟線(xiàn)程的數(shù)量；另一方面線(xiàn)程的細(xì)節(jié)管理交給線(xiàn)程池處理，優(yōu)化了資源的開(kāi)銷(xiāo)。

其原文描述如下：

在ThreadPoolExecutor類(lèi)中提供了四個(gè)構(gòu)造方法，但是他的四個(gè)構(gòu)造器中，實(shí)際上最終都會(huì)調(diào)用同一個(gè)構(gòu)造器，只不過(guò)是在另外三個(gè)構(gòu)造器中，如果有些參數(shù)不傳ThreadPoolExecutor會(huì)幫你使用默認(rèn)的參數(shù)。所以，我們直接來(lái)看這個(gè)完整參數(shù)的構(gòu)造器，來(lái)徹底剖析里面的參數(shù)。

public  class  ThreadPoolExecutor  extends  AbstractExecutorService {
    ......

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
                                  BlockingQueue<Runnable> 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;
        }
}

主要參數(shù)就是下面這幾個(gè)：

• corePoolSize：線(xiàn)程池中的核心線(xiàn)程數(shù)，包括空閑線(xiàn)程，也就是核心線(xiàn)程數(shù)的大?。?/li>
• maximumPoolSize：線(xiàn)程池中允許的最多的線(xiàn)程數(shù)，也就是說(shuō)線(xiàn)程池中的線(xiàn)程數(shù)是不可能超過(guò)該值的；
• keepAliveTime：當(dāng)線(xiàn)程池中的線(xiàn)程數(shù)大于 corePoolSize 的時(shí)候，在超過(guò)指定的時(shí)間之后就會(huì)將多出 corePoolSize 的的空閑的線(xiàn)程從線(xiàn)程池中刪除；
• unit：keepAliveTime 參數(shù)的單位（常用的秒為單位）；
• workQueue：用于保存任務(wù)的隊(duì)列，此隊(duì)列僅保持由 executor 方法提交的任務(wù) Runnable 任務(wù)；
• threadFactory：線(xiàn)程池工廠，他主要是為了給線(xiàn)程起一個(gè)標(biāo)識(shí)。也就是為線(xiàn)程起一個(gè)具有意義的名稱(chēng)；
• handler：拒絕策略

阻塞隊(duì)列

workQueue 有多種選擇，在 JDK 中一共提供了 7 中阻塞對(duì)列，分別為：

• ArrayBlockingQueue ： 一個(gè)由數(shù)組結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊(duì)列。 此隊(duì)列按照先進(jìn)先出（FIFO）的原則對(duì)元素進(jìn)行排序。默認(rèn)情況下不保證訪(fǎng)問(wèn)者公平地訪(fǎng)問(wèn)隊(duì)列 ，所謂公平訪(fǎng)問(wèn)隊(duì)列是指阻塞的線(xiàn)程，可按照阻塞的先后順序訪(fǎng)問(wèn)隊(duì)列。非公平性是對(duì)先等待的線(xiàn)程是不公平的，當(dāng)隊(duì)列可用時(shí)，阻塞的線(xiàn)程都可以競(jìng)爭(zhēng)訪(fǎng)問(wèn)隊(duì)列的資格。
• LinkedBlockingQueue ： 一個(gè)由鏈表結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊(duì)列。 此隊(duì)列的默認(rèn)和最大長(zhǎng)度為Integer.MAX_VALUE。 此隊(duì)列按照先進(jìn)先出的原則對(duì)元素進(jìn)行排序。
• PriorityBlockingQueue ： 一個(gè)支持優(yōu)先級(jí)排序的無(wú)界阻塞隊(duì)列。 （雖然此隊(duì)列邏輯上是無(wú)界的，但是資源被耗盡時(shí)試圖執(zhí)行 add 操作也將失敗，導(dǎo)致 OutOfMemoryError）
• DelayQueue： 一個(gè)使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的無(wú)界阻塞隊(duì)列。 元素的一個(gè)無(wú)界阻塞隊(duì)列，只有在延遲期滿(mǎn)時(shí)才能從中提取元素
• SynchronousQueue： 一個(gè)不存儲(chǔ)元素的阻塞隊(duì)列。 一種阻塞隊(duì)列，其中每個(gè)插入操作必須等待另一個(gè)線(xiàn)程的對(duì)應(yīng)移除操作 ，反之亦然。（SynchronousQueue 該隊(duì)列不保存元素）
• LinkedTransferQueue： 一個(gè)由鏈表結(jié)構(gòu)組成的無(wú)界阻塞隊(duì)列。 相對(duì)于其他阻塞隊(duì)列LinkedTransferQueue多了tryTransfer和transfer方法。
• LinkedBlockingDeque： 一個(gè)由鏈表結(jié)構(gòu)組成的雙向阻塞隊(duì)列。 是一個(gè)由鏈表結(jié)構(gòu)組成的雙向阻塞隊(duì)列

在以上的7個(gè)隊(duì)列中，線(xiàn)程池中常用的是ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue，

隊(duì)列中的常用的方法如下：

關(guān)于阻塞隊(duì)列，介紹到這里也就基本差不多了。

線(xiàn)程池工廠

線(xiàn)程池工廠，就像上面已經(jīng)介紹的，目的是為了給線(xiàn)程起一個(gè)有意義的名字。用起來(lái)也非常的簡(jiǎn)單，只需要實(shí)現(xiàn)ThreadFactory接口即可

public class CustomThreadFactory implements ThreadFactory {
    @Override
    public Thread newThread(Runnable r) {
        Thread thread = new Thread(r);
        thread.setName("我是你們自己定義的線(xiàn)程名稱(chēng)");
        return thread;
    }
}

具體的使用就不去廢話(huà)了。

拒絕策略

線(xiàn)程池有四種默認(rèn)的拒絕策略，分別為：

• AbortPolicy：這是線(xiàn)程池默認(rèn)的拒絕策略，在任務(wù)不能再提交的時(shí)候，拋出異常，及時(shí)反饋程序運(yùn)行狀態(tài)。如果是比較關(guān)鍵的業(yè)務(wù)，推薦使用此拒絕策略，這樣子在系統(tǒng)不能承載更大的并發(fā)量的時(shí)候，能夠及時(shí)的通過(guò)異常發(fā)現(xiàn)；
• DiscardPolicy：丟棄任務(wù)，但是不拋出異常。如果線(xiàn)程隊(duì)列已滿(mǎn)，則后續(xù)提交的任務(wù)都會(huì)被丟棄，且是靜默丟棄。這玩意不建議使用；
• DiscardOldestPolicy：丟棄隊(duì)列最前面的任務(wù)，然后重新提交被拒絕的任務(wù)。這玩意不建議使用；
• CallerRunsPolicy：如果任務(wù)添加失敗，那么主線(xiàn)程就會(huì)自己調(diào)用執(zhí)行器中的 executor 方法來(lái)執(zhí)行該任務(wù)。這玩意不建議使用；

也就是說(shuō)關(guān)于線(xiàn)程池的拒絕策略，最好使用默認(rèn)的。這樣能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。如果上面的都不能滿(mǎn)足你的需求，你也可以自定義拒絕策略，只需要實(shí)現(xiàn) RejectedExecutionHandler 接口即可

public class CustomRejection implements RejectedExecutionHandler {
    @Override
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
        System.out.println("你自己想怎么處理就怎么處理");
    }
}

看到這里，我們?cè)賮?lái)畫(huà)一張圖來(lái)總結(jié)和概括下線(xiàn)程池的執(zhí)行示意圖：

詳細(xì)的執(zhí)行過(guò)程全部在圖中說(shuō)明了。

提交任務(wù)到線(xiàn)程池

在 java 中，有兩個(gè)方法可以將任務(wù)提交到線(xiàn)程池，分別是submit和execute。

execute 方法

execute()方法用于提交不需要返回值的任務(wù)，所以無(wú)法判斷任務(wù)是否被線(xiàn)程池執(zhí)行成功。

void execute(Runnable command);

通過(guò)以下代碼可知 execute() 方法輸入的任務(wù)是一個(gè)Runnable類(lèi)的實(shí)例。

executorService.execute(()->{
            System.out.println("ThreadPoolDemo.execute");
        });

submit 方法

submit()方法用于提交需要返回值的任務(wù)。

Future<?> submit(Runnable task);

線(xiàn)程池會(huì)返回一個(gè)future類(lèi)型的對(duì)象，通過(guò)這個(gè) future 對(duì)象可以判斷任務(wù)是否執(zhí)行成功，并且可以通過(guò)future的get()方法來(lái)獲取返回值，get() 方法會(huì)阻塞當(dāng)前線(xiàn)程直到任務(wù)完成，而使用get（long timeout，TimeUnit unit）方法則會(huì)阻塞當(dāng)前線(xiàn)程一段時(shí)間后立即返回，這時(shí)候有可能任務(wù)沒(méi)有執(zhí)行完。

Future<?> submit = executorService.submit(() -> {
            System.out.println("ThreadPoolDemo.submit");
        });

關(guān)閉線(xiàn)程池

其實(shí)，如果優(yōu)雅的關(guān)閉線(xiàn)程池是一個(gè)令人頭疼的問(wèn)題，線(xiàn)程開(kāi)啟是簡(jiǎn)單的，但是想要停止卻不是那么容易的。通常而言， 大部分程序員都是使用 jdk 提供的兩個(gè)方法來(lái)關(guān)閉線(xiàn)程池，他們分別是：shutdown 或 shutdownNow；

通過(guò)調(diào)用線(xiàn)程池的 shutdown 或 shutdownNow 方法來(lái)關(guān)閉線(xiàn)程池。它們的原理是遍歷線(xiàn)程池中的工作線(xiàn)程，然后逐個(gè)調(diào)用線(xiàn)程的 interrupt 方法來(lái)中斷線(xiàn)程（PS：中斷，僅僅是給線(xiàn)程打上一個(gè)標(biāo)記，并不是代表這個(gè)線(xiàn)程停止了，如果線(xiàn)程不響應(yīng)中斷，那么這個(gè)標(biāo)記將毫無(wú)作用），所以無(wú)法響應(yīng)中斷的任務(wù)可能永遠(yuǎn)無(wú)法終止。

但是它們存在一定的區(qū)別，shutdownNow首先將線(xiàn)程池的狀態(tài)設(shè)置成 STOP，然后嘗試停止所有的正在執(zhí)行或暫停任務(wù)的線(xiàn)程，并返回等待執(zhí)行任務(wù)的列表，而 shutdown 只是將線(xiàn)程池的狀態(tài)設(shè)置成SHUTDOWN狀態(tài)，然后中斷所有沒(méi)有正在執(zhí)行任務(wù)的線(xiàn)程。

只要調(diào)用了這兩個(gè)關(guān)閉方法中的任意一個(gè)，isShutdown 方法就會(huì)返回 true。當(dāng)所有的任務(wù)都已關(guān)閉后，才表示線(xiàn)程池關(guān)閉成功，這時(shí)調(diào)用isTerminaed方法會(huì)返回 true。至于應(yīng)該調(diào)用哪一種方法來(lái)關(guān)閉線(xiàn)程池，應(yīng)該由提交到線(xiàn)程池的任務(wù)特性決定，通常調(diào)用 shutdown方法來(lái)關(guān)閉線(xiàn)程池，如果任務(wù)不一定要執(zhí)行完，則可以調(diào)用 shutdownNow 方法。

這里推薦使用穩(wěn)妥的 shutdownNow 來(lái)關(guān)閉線(xiàn)程池，至于更優(yōu)雅的方式我會(huì)在以后的并發(fā)編程設(shè)計(jì)模式中的兩階段終止模式中會(huì)再次詳細(xì)介紹。

合理的參數(shù)

為什么叫合理的參數(shù)，那不合理的參數(shù)是什么樣子的？在我們創(chuàng)建線(xiàn)程池的時(shí)候，里面的參數(shù)該如何設(shè)置才能稱(chēng)之為合理呢？其實(shí)這是有一定的依據(jù)的，我們先來(lái)看一下以下的創(chuàng)建的方式：

ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(5,
                5,
                5,
                TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(5),
                r -> {
                    Thread thread = new Thread(r);
                    thread.setName("線(xiàn)程池原理講解");
                    return thread;
                });

你說(shuō)他合理不合理？我也不知道，因?yàn)槲覀儧](méi)有參考的依據(jù)，在實(shí)際的開(kāi)發(fā)中，我們需要根據(jù)任務(wù)的性質(zhì)（IO是否頻繁？）來(lái)決定我們創(chuàng)建的核心的線(xiàn)程數(shù)的大小，實(shí)際上可以從以下的一個(gè)角度來(lái)分析：

• 任務(wù)的性質(zhì)：CPU密集型任務(wù)、IO密集型任務(wù)和混合型任務(wù)；
• 任務(wù)的優(yōu)先級(jí)：高、中和低；
• 任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間：長(zhǎng)、中和短；
• 任務(wù)的依賴(lài)性：是否依賴(lài)其他系統(tǒng)資源，如數(shù)據(jù)庫(kù)連接；

性質(zhì)不同的任務(wù)可以用不同規(guī)模的線(xiàn)程池分開(kāi)處理。分為CPU密集型和IO密集型。

CPU密集型任務(wù)應(yīng)配置盡可能小的線(xiàn)程，如配置 Ncpu+1個(gè)線(xiàn)程的線(xiàn)程池。(可以通過(guò)Runtime.getRuntime().availableProcessors()來(lái)獲取CPU物理核數(shù))

IO密集型任務(wù)線(xiàn)程并不是一直在執(zhí)行任務(wù)，則應(yīng)配置盡可能多的線(xiàn)程，如 2*Ncpu。

混合型的任務(wù)，如果可以拆分，將其拆分成一個(gè)CPU密集型任務(wù)一個(gè)IO密集型任務(wù)，只要這兩個(gè)任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間相差不是太大，那么分解后執(zhí)行的吞吐量將高于串行執(zhí)行的吞吐量。

如果這兩個(gè)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間相差太大，則沒(méi)必要進(jìn)行分解。可以通過(guò) Runtime.getRuntime().availableProcessors() 方法獲得當(dāng)前設(shè)備的CPU個(gè)數(shù)。

優(yōu)先級(jí)不同的任務(wù)可以使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列 PriorityBlockingQueue來(lái)處理。它可以讓優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)先執(zhí)行（注意：如果一直有優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)提交到隊(duì)列里，那么優(yōu)先級(jí)低的任務(wù)可能永遠(yuǎn)不能執(zhí)行）

執(zhí)行時(shí)間不同的任務(wù)可以交給不同規(guī)模的線(xiàn)程池來(lái)處理，或者可以使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，讓執(zhí)行時(shí)間短的任務(wù)先執(zhí)行。依賴(lài)數(shù)據(jù)庫(kù)連接池的任務(wù)，因?yàn)榫€(xiàn)程提交SQL后需要等待數(shù)據(jù)庫(kù)返回結(jié)果，等待的時(shí)間越長(zhǎng)，則 CPU 空閑時(shí)間就越長(zhǎng)，那么線(xiàn)程數(shù)應(yīng)該設(shè)置得越大，這樣才能更好地利用CPU。

建議使用有界隊(duì)列。有界隊(duì)列能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和預(yù)警能力，可以根據(jù)需要設(shè)大一點(diǎn)。方式因?yàn)樘峤坏娜蝿?wù)過(guò)多而導(dǎo)致 OOM；

7、本文小結(jié)

本文主要介紹的是線(xiàn)程池的實(shí)現(xiàn)原理以及一些使用技巧，在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，線(xiàn)程池可以說(shuō)是稍微高級(jí)一點(diǎn)的程序員的必備技能。所以掌握好線(xiàn)程池這門(mén)技術(shù)也是重中之重！

以上就是深度源碼解析Java 線(xiàn)程池的實(shí)現(xiàn)原理的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java 線(xiàn)程池的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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