java线程池原理

 

下面开始今天的正文，线程池的核心类为ThreadPoolExecutor类，线程池基本是围绕它展开的，网上有大堆的学习资料，想快速入门，还是看JDK API，里面有详细的类说明，这里主要介绍其流程以及分析固定线程池(Executors.newFixedThreadPool)和缓存线程池(Executors.newCachedThreadPool)的原理

开始之前，先介绍一下核心线程和最大线程大小的概念：

　　核心线程大小(corePoolSize)：线程池中存在的线程数，包括空闲线程(就是还在存活时间内，没有干活，等着任务的线程)

　　最大池大小(maximumPoolSize)：线程池允许存在的最大线程数

ThreadPoolExecutor 将根据 corePoolSize 和 maximumPoolSize 设置的边界自动调整池大小，如果设置的 corePoolSize 和 maximumPoolSize 相同，则创建了固定大小的线程池；如果将 maximumPoolSize 设置为基本的无界值（如Integer.MAX_VALUE），则允许池适应任意数量的并发任务。在大多数情况下，核心和最大池大小仅通过构造函数来设置，不过也可以使用 setCorePoolSize(int) 和 setMaximumPoolSize(int) 进行动态更改。

 

当新任务在方法 execute(java.lang.Runnable) 中提交时，遵循以下几条规则：

规则1.如果运行的线程少于 corePoolSize，则 Executor 始终首选添加新的线程，而不进行排队，即使其他辅助线程是空闲的。

规则2.如果运行的线程多于 corePoolSize 而少于 maximumPoolSize，则首选将任务添加到等待队列，而不添加新的线程。

规则3.如果无法将请求加入队列(队列满)，则创建新的线程，除非创建此线程超出 maximumPoolSize，在这种情况下，任务将被拒绝，

 

固定线程池(Executors.newFixedThreadPool)原理

固定线程池是怎么实现线程池固定的呢？看看他的构造函数

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }

他的工作线程是固定的，而且最大线程跟核心线程数是一样的，这里就保证了线程数不会超过设定的数值，那他怎么保证任务不被reject掉呢，重点在与他的任务队列，是new LinkedBlockingQueue<Runnable>()，这是一个无界的线程安全队列，是什么意思呢，它可以存放无限个(准确说不是无限的，有个默认值Integer.MAX_VALUE的容量)任务，对照上面的规则2，只有任务队列满时才创建新线程，所以...，你懂的，这也从另外一面保障了线程数不超过设定值

再来看看缓存线程池(Executors.newCachedThreadPool)，构造函数

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }

神马，他的核心线程是0，初看，确定让人"大吃一斤"，问题一，核心线程都没有，怎么工作？先来看看jdk api上对它的介绍：

创建一个可根据需要创建新线程的线程池，但是在以前构造的线程可用时将重用它们。对于执行很多短期异步任务的程序而言，这些线程池通常可提高程序性能。调用 execute 将重用以前构造的线程（如果线程可用）。如果现有线程没有可用的，则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。因此，长时间保持空闲的线程池不会使用任何资源。

重点词汇，以前的线程可用时将重用它们，问题二，怎么重用？如果没有可用线程，则创建一个，并移除超过60s未被使用的线程，问题三，怎么保证60s移除未被使用的线程。这两个问题搞清除了，带缓存功能的线程池你就搞清楚了

首先看问题一：

既然核心线程为0，那么运行线程肯定＞＝核心线程了，所以规则一不适用；规则二的应用就要要情况了，(1)第一个任务是肯定进不了队列的，因为缓存线程池的队列是SynchronousQueue，这个很有意思(不懂的去最开始的链接大致看一下)，因为他的内部没有任何容量，只有当你正好同时使用一对操作(插入-移除)时，元素才存在，简单地说就是，当你进行offer操作时，如果正好有另外一个线程在执行插入操作时，那么恭喜你中奖了，可以拿到元素，其他时候，你都是拿不到的。所以对于第一个任务，规则2是不适用的，这时就规则3起作用了，调用addIfUnderMaximumPoolSize方法添加一个线程工作，这个线程工作完成了，不是立即就退出的，它要接着取任务，取不到任务，就等待设定的超时时间后退出，同时从缓存线程池中移除此线程。(2)其他任务大部分情况和第一个任务一样，是进不去，在有大量并发的情况下，是可能拿到任务的，这时候又要分两种情况，如果线程池中没有可用线程，则新建线程执行，如果有可用进程，刚直接在可用线程中执行任务

问题二：工作线程的重用其实是在内部类work中的run方法，如下，可以看到work类-工作线程是在不断的从队列中取任务的，想详细了解怎么取任务的可以细看下getTask方法，这样一个循环就保证了工作线程的重用，即线程执行完一个任务后，可以执行下一个，那是不是会造成死循环呢？请看问题三

/**
         * Main run loop
         */
        public void run() {
            try {
                Runnable task = firstTask;
                firstTask = null;
                while (task != null || (task = getTask()) != null) {
                    runTask(task);
                    task = null;
                }
            } finally {
                workerDone(this);
            }
        }

问题三：移除60s未使用的线程，就是在getTask方法中，下面这句是getTask等待取任务的过程，可以看到在keepAliveTime的时间内，如果没有任务进来(通过execute提前)，那么这个线程会在work类的run方法中的finally中，把自己从线程池中移除，并把task置为空。ok，成功解决问题三。

......
    r = workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS);
......

回顾整个线程池的工作原理，其实不同的线程池从构造方法上来看，就是核心线程数和最大线程数以及工作队列的不同，其中队列的应用堪称精妙，使用不同的组合就可以达到不同的效果，整个线程池设计的非常巧妙，一个类实现几种不同线程池的工作，经典。