多线程之：模拟实现线程池的工作原理

[一]线程池存在的价值：

==>多线程技术主要解决处理器单元内多个线程执行的问题，它可以显著减少处理器单元的闲置时间，增加处理器单元的吞吐能力。   
==>假设一个服务器完成一项任务所需时间为：T1 创建线程时间，T2 在线程中执行任务的时间，T3 销毁线程时间。
==>如果：T1 + T3 远大于 T2，则可以采用线程池，以提高服务器性能。

[二]合理利用线程池能够带来三个好处。

 * 第一：降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
 * 第二：提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
 * 第三：提高线程的可管理

[三]一个线程池的组成部分

(1)线程池管理器

=>其中线程池管理器的作用是创建、销毁并管理线程池，将工作线程放入线程池中；

＝>线程池管理器至少有下列功能：创建线程池，销毁线程池，添加新任务。

(2)工作线程

=>工作线程是一个可以循环执行任务的线程，在没有任务是进行等待；
=>工作线程是一个可以循环执行任务的线程，在没有任务时将等待。

(3)任务列队

=>任务列队的作用是提供一种缓冲机制，将没有处理的任务放在任务列队中；

(4)任务接口等部分。

=>任务接口是每个任务必须实现的接口，主要用来规定任务的入口、任务执行完后的收尾工作、任务的执行状态等，工作线程通过该接口调度任务的执行。
=>任务接口是为所有任务提供统一的接口，以便工作线程处理。任务接口主要规定了任务的入口，任务执行完后的收尾工作，任务的执行状态等。

[四]模拟实现一个线程池的原理

package mine.util.thread;  
  
import java.util.LinkedList;  
import java.util.List;  
  
/** 
 * 线程池类，线程管理器：创建线程，执行任务，销毁线程，获取线程基本信息 
 */  
public final class ThreadPool {  
    // 线程池中默认线程的个数为5  
    private static int worker_num = 5;  
    // 工作线程  
    private WorkThread[] workThrads;  
    // 未处理的任务  
    private static volatile int finished_task = 0;  
    // 任务队列，作为一个缓冲,List线程不安全  
    private List<Runnable> taskQueue = new LinkedList<Runnable>();  
    private static ThreadPool threadPool;  
  
    // 创建具有默认线程个数的线程池  
    private ThreadPool() {  
        this(5);  
    }  
  
    // 创建线程池,worker_num为线程池中工作线程的个数  
    private ThreadPool(int worker_num) {  
        ThreadPool.worker_num = worker_num;  
        workThrads = new WorkThread[worker_num];  
        for (int i = 0; i < worker_num; i++) {  
            workThrads[i] = new WorkThread();  
            workThrads[i].start();// 开启线程池中的线程  
        }  
    }  
  
    // 单态模式，获得一个默认线程个数的线程池  
    public static ThreadPool getThreadPool() {  
        return getThreadPool(ThreadPool.worker_num);  
    }  
  
    // 单态模式，获得一个指定线程个数的线程池,worker_num(>0)为线程池中工作线程的个数  
    // worker_num<=0创建默认的工作线程个数  
    public static ThreadPool getThreadPool(int worker_num1) {  
        if (worker_num1 <= 0)  
            worker_num1 = ThreadPool.worker_num;  
        if (threadPool == null)  
            threadPool = new ThreadPool(worker_num1);  
        return threadPool;  
    }  
  
    // 执行任务,其实只是把任务加入任务队列，什么时候执行有线程池管理器觉定  
    public void execute(Runnable task) {  
        synchronized (taskQueue) {  
            taskQueue.add(task);  
            taskQueue.notify();  
        }  
    }  
  
    // 批量执行任务,其实只是把任务加入任务队列，什么时候执行有线程池管理器觉定  
    public void execute(Runnable[] task) {  
        synchronized (taskQueue) {  
            for (Runnable t : task)  
                taskQueue.add(t);  
            taskQueue.notify();  
        }  
    }  
  
    // 批量执行任务,其实只是把任务加入任务队列，什么时候执行有线程池管理器觉定  
    public void execute(List<Runnable> task) {  
        synchronized (taskQueue) {  
            for (Runnable t : task)  
                taskQueue.add(t);  
            taskQueue.notify();  
        }  
    }  
  
    // 销毁线程池,该方法保证在所有任务都完成的情况下才销毁所有线程，否则等待任务完成才销毁  
    public void destroy() {  
        while (!taskQueue.isEmpty()) {// 如果还有任务没执行完成，就先睡会吧  
            try {  
                Thread.sleep(10);  
            } catch (InterruptedException e) {  
                e.printStackTrace();  
            }  
        }  
        // 工作线程停止工作，且置为null  
        for (int i = 0; i < worker_num; i++) {  
            workThrads[i].stopWorker();  
            workThrads[i] = null;  
        }  
        threadPool=null;  
        taskQueue.clear();// 清空任务队列  
    }  
  
    // 返回工作线程的个数  
    public int getWorkThreadNumber() {  
        return worker_num;  
    }  
  
    // 返回已完成任务的个数,这里的已完成是只出了任务队列的任务个数，可能该任务并没有实际执行完成  
    public int getFinishedTasknumber() {  
        return finished_task;  
    }  
  
    // 返回任务队列的长度，即还没处理的任务个数  
    public int getWaitTasknumber() {  
        return taskQueue.size();  
    }  
  
    // 覆盖toString方法，返回线程池信息：工作线程个数和已完成任务个数  
    @Override  
    public String toString() {  
        return "WorkThread number:" + worker_num + "  finished task number:"  
                + finished_task + "  wait task number:" + getWaitTasknumber();  
    }  
  
    /** 
     * 内部类，工作线程 
     */  
    private class WorkThread extends Thread {  
        // 该工作线程是否有效，用于结束该工作线程  
        private boolean isRunning = true;  
  
        /* 
         * 关键所在啊，如果任务队列不空，则取出任务执行，若任务队列空，则等待 
         */  
        @Override  
        public void run() {  
            Runnable r = null;  
            while (isRunning) {// 注意，若线程无效则自然结束run方法，该线程就没用了  
                synchronized (taskQueue) {  
                    while (isRunning && taskQueue.isEmpty()) {// 队列为空  
                        try {  
                            taskQueue.wait(20);  
                        } catch (InterruptedException e) {  
                            e.printStackTrace();  
                        }  
                    }  
                    if (!taskQueue.isEmpty())  
                        r = taskQueue.remove(0);// 取出任务  
                }  
                if (r != null) {  
                    r.run();// 执行任务  
                }  
                finished_task++;  
                r = null;  
            }  
        }  
  
        // 停止工作，让该线程自然执行完run方法，自然结束  
        public void stopWorker() {  
            isRunning = false;  
        }  
    }  
}