线程池基本使用和ThreadPoolExecutor核心原理讲解

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java和spring都提供了线程池的框架

java提供的是Executors；
spring提供的是ThreadPoolTaskExecutor；

一、基本使用

Executors提供了4个线程池，

1. FixedThreadPool
2. SingleThreadExecutor
3. CachedThreadPool
4. ScheduledThreadPool

FixedThreadPool-固定线程池

public class FixPool {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i =0;i<10;i++){
            executorService.execute(()->{
                Thread wt = Thread.currentThread();

                String format = String.format("当前线程名称:%s，当前时间：%s", wt.getName(), LocalDateTime.now());
                System.out.println(format);
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
        executorService.shutdown();
    }
}

效果如下：

可以看到5个线程在接任务，接完5个任务之后就停止了1秒，完成之后继续接任务；

SingleThreadExecutor-单一线程池，线程数为1的固定线程池

为什么要创造这么一个线程池出来呢？
因为有些时候需要用到线程池的队列任务机制，又不想多线程并发。此时就需要用单一线程池了。
以下两种写法完全一样的效果

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);

CachedThreadPool-缓存线程池，线程数为无穷大的一个线程池

当有空闲线程的时候就让空闲线程去做任务；
当没空闲线程的时候就新建一个线程去任务；

public class CashPool {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        for (int i =0;;i++){
            executorService.execute(()->{
                Thread wt = Thread.currentThread();

                String format = String.format("缓存线程池，当前线程名称:%s，当前时间：%s", wt.getName(), LocalDateTime.now());
                System.out.println(format);
                try {
                    double d = Math.random();
                    int sleep = (int)(d*5000);
                    Thread.sleep(sleep);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            Thread.sleep(100);
        }
    }
}

效果如下：

由于任务耗时不确定，所以线程池会动态根据情况去判断是否创建新的线程；

ScheduledThreadPool-调度线程池，线程会根据一定的时间规律去消化任务

分别有3个

1. schedule（固定延时才执行任务）
2. scheduleAtFixedRate（一定的间隔执行一次任务，执行时长不影响间隔时间）
3. scheduleWithFixedDelay（一定的间隔执行一次任务，从任务执行接触才开始计算，执行时长影响间隔时间）

public class ScheduledPool {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
        String begin = String.format("调度线程池-begin，当前时间：%s",  LocalDateTime.now());
        System.out.println(begin);

//        schedule(pool);
        scheduleAtFixedRate(pool);
//        scheduleWithFixedDelay(pool);
    }

    private static void scheduleAtFixedRate(ScheduledExecutorService pool){
        pool.scheduleAtFixedRate(()->{
            Thread wt = Thread.currentThread();
            String format = String.format("scheduleAtFixedRate-调度线程池，当前线程名称:%s，当前时间：%s", wt.getName(), LocalDateTime.now());
            System.out.println(format);
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },1,1, TimeUnit.SECONDS);
    }


    private static void scheduleWithFixedDelay(ScheduledExecutorService pool){
        pool.scheduleWithFixedDelay(()->{
            Thread wt = Thread.currentThread();
            String format = String.format("scheduleWithFixedDelay-调度线程池，当前线程名称:%s，当前时间：%s", wt.getName(), LocalDateTime.now());
            System.out.println(format);
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },1,1, TimeUnit.SECONDS);
    }
    private static void schedule(ScheduledExecutorService pool){
        for (int i =0;i<10;i++){
            pool.schedule(()->{
                Thread wt = Thread.currentThread();
                String format = String.format("调度线程池，当前线程名称:%s，当前时间：%s", wt.getName(), LocalDateTime.now());
                System.out.println(format);
            },5, TimeUnit.SECONDS);
        }
        pool.shutdown();
    }
}

二、原理讲解

上面介绍的4个线程池工具，都是基于一个类ThreadPoolExecutor
ThreadPoolExecutor有几个重要的参数

1. corePoolSize，核心线程数
2. maximumPoolSize，最大线程数
3. keepAliveTime，线程空闲时间，和4组合使用
4. unit
5. workQueue，工作队列，是各个工具的机制策略的核心
6. threadFactory ，生成线程的工厂，可以代理run方法，还有给thread命名
7. handler，拒绝策略，当任务太多的时候会执行的方法，框架有4个实现好的策略，可以自己写自己的策略。

对于fixPool线程池，corePoolSize=maximumPoolSize=n，keepAliveTime=0，workQueue=LinkedBlockingQueue，threadFactory和handler都是默认的。

对于cashPool线程池，corePoolSize=0，maximumPoolSize=2^32，keepAliveTime=60s，workQueue=SynchronousQueue，threadFactory和handler都是默认的。

我们先看一看execute方法

其中ctl参数是一个核心参数，保存着线程池的运行状态和线程数量，通过workerCountOf()获取当前的工作线程数量。
execute整个过程分成3个部分。

1. 当工作线程数少于核心线程数，创建一个工作线程去消化任务。
2. 当线程池在运行状态而且能把任务放到队列，则接受任务，调用addWorker让线程去消化队列的任务。
3. 让线程获取消化任务失败，拒绝任务。

核心一 workQueue.offer

对于fixPool，由于workQueue是LinkedBlockingQueue，所以offer方法基本会返回true。
对于cashpool，workQueue是SynchronousQueue，如果没有消费者在take，则会立马返回false，然后立马新建一个线程。

核心二 getTask

每个线程都被包装成worker对象，worker对象会执行自己的runWorker方法，方法在死循环不停得调用getTask方法去消化任务。

getTask里面最核心的是take和poll方法，这个是跟你传入的队列特性有关。

对于spring提供的ThreadPoolTaskExecutor，其实也是对ThreadPoolExecutor的一个封装。
具体看initializeExecutor方法

在执行execute方法的时候，也是执行ThreadPoolExecutor的execute方法。

结论，线程池的核心是ThreadPoolExecutor类，根据传入的workQueue的offer、poll、take方法特性的不同而诞生缓存线程池，固定线程池，调度线程等各种线程策略。

github地址：https://github.com/hd-eujian/threadpool.git
码云地址： https://gitee.com/guoeryyj/threadpool.git