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  • 线程池实现原理

    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

    1 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
    2                               int maximumPoolSize,
    3                               long keepAliveTime,
    4                               TimeUnit unit,
    5                               BlockingQueue<Runnable> workQueue,
    6                               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。

      这里写图片描述

    线程池的源码解读

    1、ThreadPoolExecutor的execute()方法

     1 public void execute(Runnable command) {
     2         if (command == null)
     3             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
     4         if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {
              //线程池处于运行状态并且加入队列成功
     5             if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {
     6                 if (runState != RUNNING || poolSize == 0)
     7                     ensureQueuedTaskHandled(command);
     8             }
             //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)
     9             else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))
               //创建线程失败,则采取阻塞处理的方式
    10                 reject(command); // is shutdown or saturated
    11         }
    12     }

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

     1 private boolean addIfUnderCorePoolSize(Runnable firstTask) {
     2         Thread t = null;
     3         final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
     4         mainLock.lock();
     5         try {
     6             if (poolSize < corePoolSize && runState == RUNNING)
     7                 t = addThread(firstTask);
     8         } finally {
     9             mainLock.unlock();
    10         }
    11         if (t == null)
    12             return false;
    13         t.start();
    14         return true;
    15     }

    复制代码

    我们重点来看第7行:

    复制代码

     1 private Thread addThread(Runnable firstTask) {
     2         Worker w = new Worker(firstTask);
     3         Thread t = threadFactory.newThread(w);
     4         if (t != null) {
     5             w.thread = t;
     6             workers.add(w);
     7             int nt = ++poolSize;
     8             if (nt > largestPoolSize)
     9                 largestPoolSize = nt;
    10         }
    11         return t;
    12     }

    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

     1 public class ThreadPoolTest implements Runnable
     2 {
     3     @Override
     4     public void run()
     5     {
     6         try
     7         {
     8             Thread.sleep(300);
     9         }
    10         catch (InterruptedException e)
    11         {
    12             e.printStackTrace();
    13         }
    14     }
    15 }

    2、线程池循环运行16个线程:

     1 public static void main(String[] args)
     2     {
     3         LinkedBlockingQueue<Runnable> queue =
     4             new LinkedBlockingQueue<Runnable>(5);
     5         ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60, TimeUnit.SECONDS, queue);
     6         for (int i = 0; i < 16 ; i++)
     7         {
     8             threadPool.execute(
     9                 new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + "")));
    10             System.out.println("线程池中活跃的线程数: " + threadPool.getPoolSize());
    11             if (queue.size() > 0)
    12             {
    13                 System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size());
    14             }
    15         }
    16         threadPool.shutdown();
    17     }

    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)

    复制代码

    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:

    1、AbortPolicy:直接抛出异常

    2、CallerRunsPolicy:只用调用所在的线程运行任务

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

    4、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:

     1 public static void main(String[] args)
     2     {
     3         LinkedBlockingQueue<Runnable> queue =
     4             new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3);
     5         RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();
     6 
     7         ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue,handler);
     8         for (int i = 0; i < 9 ; i++)
     9         {
    10             threadPool.execute(
    11                 new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + "")));
    12             System.out.println("线程池中活跃的线程数: " + threadPool.getPoolSize());
    13             if (queue.size() > 0)
    14             {
    15                 System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size());
    16             }
    17         }
    18         threadPool.shutdown();
    19     }

    复制代码

    执行结果:

    复制代码

    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:

    1、

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

    2、

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