前言

做java開(kāi)發(fā)的，一般都避免不了要面對(duì)java線程池技術(shù)，像tomcat之類(lèi)的容器天然就支持多線程。

即使是做偏后端技術(shù)，如處理一些消息，執(zhí)行一些計(jì)算任務(wù)，也經(jīng)常需要用到線程池技術(shù)。

鑒于線程池技術(shù)的重要性，接下來(lái)會(huì)分多篇介紹java中提供的ThreadPoolExecutor線程池實(shí)現(xiàn)的底層機(jī)制。

只有對(duì)機(jī)制了然于胸，才能更好駕馭這把利器。

線程池技術(shù)演示流程

• 關(guān)鍵概念： 如果說(shuō)怎么最容易了解線程池的實(shí)現(xiàn)原理，那就是一步一步動(dòng)態(tài)的演示。為了便于理解，這里先介紹幾個(gè)線程池用到的概念。
• ThreadPoolExecutor： 這是線程池實(shí)現(xiàn)類(lèi)，會(huì)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建多個(gè)線程，并發(fā)執(zhí)行提交的多個(gè)任務(wù)；
• Worker： 是個(gè)Runnable實(shí)現(xiàn)類(lèi)來(lái)的，內(nèi)部會(huì)創(chuàng)建一個(gè)線程，一直循環(huán)不斷執(zhí)行任務(wù)，所以可以認(rèn)為一個(gè)Worker就是一個(gè)工作線程;
• corePoolSize： 當(dāng)池中總線程數(shù)<corePoolSize時(shí)，提交一個(gè)任務(wù)創(chuàng)建一個(gè)新線程，而不管已經(jīng)存在的線程是不是閑著，通常情況下，一旦線程數(shù)達(dá) 到了corePoolSize，那么池中總線程數(shù)是不會(huì)跌破到corePoolSize以下的。(除非 allowCoreThreadTimeOut=true并且keepAliveTime>0)；
• maximumPoolSize： 當(dāng)池中線程數(shù)達(dá)到了corePoolSize，這時(shí)候新提交的任務(wù)就會(huì)放入等待隊(duì)列中，一般情況下，這些任務(wù)會(huì)被前面創(chuàng)建的 corePoolSize個(gè)線程執(zhí)行。當(dāng)任務(wù)提交速度過(guò)快，隊(duì)列滿了，這時(shí)候，如果當(dāng)前總線程數(shù)<maximumPoolSize，那么線程池會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的線程來(lái)執(zhí)行新提交的任務(wù)，否則根據(jù)策略放棄任務(wù)；
• keepAliveTime：存活時(shí)間，分兩種情況： (1)allowCoreThreadTimeOut=true，所有線程，一旦創(chuàng)建后，在keepAliveTime時(shí)間內(nèi)，如果沒(méi)有任務(wù)可以執(zhí)行，則該線程會(huì)退出并銷(xiāo)毀，這樣的好處是系統(tǒng)不忙時(shí)可以回收線程資源；(2)allowCoreThreadTimeOut=false，如果總線程數(shù)<=corePoolSize，那么這些線程是不會(huì)退出的，他們會(huì)一直不斷的等待任務(wù)并執(zhí)行，哪怕當(dāng)前沒(méi)有任務(wù)，但如果線程數(shù)>corePoolSize，而且一旦一個(gè)線程閑的時(shí)間超過(guò) keepAliveTime則會(huì)退出，但一旦降低到corePoolSize，則不會(huì)再退出了。
• allowCoreThreadTimeOut： 用于決定是否在系統(tǒng)閑時(shí)可以逐步回收所有的線程，如果為allowCoreThreadTimeOut=true,必須結(jié)合keepAliveTime一起使用，用于決定當(dāng)線程數(shù)<corePoolSize時(shí)，是否要回收這些線程。
• workQueue：這是一個(gè)阻塞隊(duì)列，當(dāng)線程數(shù)>=corePoolSize，這時(shí)候提交的任務(wù)將會(huì)放入阻塞隊(duì)列中，如果阻塞隊(duì)列是無(wú)界的，那么總的線程數(shù)是不可能>corePoolSize的，即maximumPoolSize屬性就是無(wú)用的；如果阻塞隊(duì)列是有界的，而且未滿，則任務(wù)入隊(duì)，否則根據(jù)maximumPoolSize的值判斷是要新建線程執(zhí)行新任務(wù)或者是根據(jù)策略丟棄任務(wù)。

有了以上的概念，接下來(lái)將根據(jù) allowCoreThreadTimeOut的值分兩種場(chǎng)景進(jìn)行演示說(shuō)明。

演示一： allowCoreThreadTimeOut=true

1、 初值設(shè)定： corePoolSize=2； maximumPoolSize=3；keepAliveTime=10s； workQueue容量為2； 初始狀態(tài)圖如下所示：

2、submit一個(gè)任務(wù)A，由于總線程數(shù)0<corePoolSize； 此時(shí)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)線程執(zhí)行任務(wù)A，狀態(tài)圖如下：

3、submit一個(gè)任務(wù)B，由于總線程數(shù)1<corePoolSize，此時(shí)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)線程執(zhí)行任務(wù)B，狀態(tài)圖如下：

4、submit一個(gè)任務(wù)C，由于總線程數(shù) 2=corePoolSize，workQueue不滿，這時(shí)候任務(wù)C入隊(duì)列，狀態(tài)圖如下：

5、submit一個(gè)任務(wù)D，很明顯，任務(wù)D入隊(duì)列，狀態(tài)圖如下：

6、submit一個(gè)任務(wù)E，這時(shí)候，線程數(shù)2=corePoolSize，workQueue也已經(jīng)滿了，判斷發(fā)現(xiàn)線程數(shù)2<maximumPoolSize，所以繼續(xù)創(chuàng)建線程執(zhí)行任務(wù)E，狀態(tài)圖如下：

7、submit一個(gè)任務(wù)F，這時(shí)候，2=corePoolSize，workQueue已滿，判斷發(fā)現(xiàn)線程數(shù)3=maximumPoolSize，這種情況下，線程池會(huì)根據(jù)策略來(lái)決定是否要放棄當(dāng)前任務(wù)，或者是把workQueue中一個(gè)任務(wù)刪除，然后入隊(duì)新的任務(wù)，也可以自定義策略，比如，持久化到DB之類(lèi)的，或者是發(fā)出警報(bào)。我們假設(shè)是直接丟棄策略，這時(shí)候狀態(tài)圖不變。

8、這會(huì)沒(méi)有新任務(wù)到來(lái)了，各個(gè)任務(wù)陸續(xù)執(zhí)行完了，包括隊(duì)列中的C和D也執(zhí)行完了，這時(shí)候，由于當(dāng)前場(chǎng)景為allowCoreThreadTimeOut=true，如果在等待keepAliveTime時(shí)間后線程仍舊無(wú)法獲取新的任務(wù)，線程將會(huì)自行退出，這將導(dǎo)致最終所有線程都退出了，也就是又再次回到了原始狀態(tài)，如下圖所示：

說(shuō)得更簡(jiǎn)單一些就是：在 allowCoreThreadTimeOut=true時(shí)，如果一個(gè)線程等了keepAliveTime還無(wú)法獲取新任務(wù)，則退出。

演示二：allowCoreThreadTimeOut=false

1~7 的步驟與狀態(tài)跟“演示一”是一樣的，所以這里不再贅述，這時(shí)候狀態(tài)圖如下：

8、這會(huì)沒(méi)有新任務(wù)到來(lái)了，各個(gè)任務(wù)陸續(xù)執(zhí)行完了，包括隊(duì)列中的C和D也執(zhí)行完了，這時(shí)候，由于當(dāng)前場(chǎng)景為allowCoreThreadTimeOut=false，并且線程數(shù)3>corePoolSize，這時(shí)候每個(gè)線程都感知到線程數(shù)過(guò)多，所以它們都會(huì)嘗試把自己停止掉，實(shí)現(xiàn)中最終只會(huì)停止一個(gè)線程，剩余線程數(shù)2=corePoolSize，接下來(lái)，哪怕一直沒(méi)有新任務(wù)來(lái)，這corePoolSize個(gè)線程也不會(huì)退出，一直存活著等待接收任務(wù)。這時(shí)候，狀態(tài)圖如下：

線程池的狀態(tài)

前一部分演示了線程池的基本實(shí)現(xiàn)原理，這一小節(jié)介紹一下線程池的狀態(tài)，線程池概括上講有5種狀態(tài)，如下圖所示：

• RUNNING狀態(tài)： 創(chuàng)建線程池的時(shí)候，線程池的初始狀態(tài)為 RUNNING，接著就可以提交任務(wù)執(zhí)行了。
• SHUTDOWN狀態(tài)： 當(dāng)在RUNNING狀態(tài)調(diào)用shutdown()時(shí)，線程池狀態(tài)會(huì)被改為SHUTDOWN，這時(shí)候，submit任務(wù)的時(shí)候，會(huì)被拒絕，可以使用多種拒絕策略， 比如最簡(jiǎn)單就是直接丟棄任務(wù)。至于正在執(zhí)行中的線程，會(huì)繼續(xù)執(zhí)行，同時(shí)會(huì)把阻塞隊(duì)列中的任務(wù)也一并執(zhí)行完畢，等到全部任務(wù)執(zhí)行完畢，線程池會(huì)進(jìn)入 TIDYING狀態(tài)，等執(zhí)行鉤子方法terminated()之后，就會(huì)進(jìn)入最終狀態(tài)TERMINATED，這時(shí)候，整個(gè)線程池完全終止。
• STOP狀態(tài)： 當(dāng)在RUNNING狀態(tài)調(diào)用shutdownNow()時(shí)，線程池狀態(tài)會(huì)被改為STOP，這時(shí)候，submit任務(wù)會(huì)被拒絕，那么如果有任務(wù)執(zhí)行到一半，該怎么處理？其實(shí)，執(zhí)行shutdownNow()時(shí)，會(huì)中斷各個(gè)工作線程，所以任務(wù)會(huì)如何執(zhí)行要看任務(wù)做的是什么事情，有沒(méi)有處理中斷異常。而阻塞隊(duì)列如何有任務(wù)，這些任務(wù)將不會(huì)再執(zhí)行，shutdownNow()執(zhí)行后，將會(huì)返回阻塞隊(duì)列中的未執(zhí)行的任務(wù)列表。
• TIDYING狀態(tài)： TIDYING只是一個(gè)過(guò)渡狀態(tài)，當(dāng)所有工作線程都停止后，線程池的狀態(tài)會(huì)進(jìn)入TIDYING，然后執(zhí)行一個(gè)鉤子方法terminated()，最后線程池會(huì)進(jìn)入TERMINATED狀態(tài)。
• TERMINATED狀態(tài)： 線程池終止?fàn)顟B(tài)，這個(gè)沒(méi)什么可說(shuō)的了，大家都明白。

總結(jié)

理解線程池最主要是要理解線程池幾個(gè)主要的配置參數(shù)，如果不看實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，原理還是比較簡(jiǎn)單的。在了解原理的基礎(chǔ)上再去看代碼，就會(huì)事半功倍。

到此這篇關(guān)于java線程池ThreadPoolExecutor實(shí)現(xiàn)原理詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)ThreadPoolExecutor實(shí)現(xiàn)原理內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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