Java中线程池的实现原理是什么

这篇文章给大家介绍Java中线程池的实现原理是什么，内容非常详细，感兴趣的小伙伴们可以参考借鉴，希望对大家能有所帮助。

线程池是什么？

我们可以利用java很容易创建一个新线程，同时操作系统创建一个线程也是一笔不小的开销。所以基于线程的复用，就提出了线程池的概念，我们使用线程池创建出若干个线程，执行完一个任务后，该线程会存在一段时间（用户可以设定空闲线程的存活时间，后面会介绍），等到新任务来的时候就直接复用这个空闲线程，这样就省去了创建、销毁线程损耗。当然空闲线程也会是一种资源的浪费（所有才有空闲线程存活时间的限制），但总比频繁的创建销毁线程好太多。
下面是我的测试代码

  /*
   * @TODO 线程池测试
   */
  @Test
  public void threadPool(){

    /*java提供的统计线程运行数，一开始设置其值为50000，每一个线程任务执行完
     * 调用CountDownLatch#coutDown()方法（其实就是自减1）
     * 当所有的线程都执行完其值就为0
    */
    CountDownLatch count = new CountDownLatch(50000);
    long start = System.currentTimeMillis();
    Executor pool = Executors.newFixedThreadPool(10);//开启线程池最多会创建10个线程
    for(int i=0;i<50000;i++){
      pool.execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
          System.out.println("hello");
          count.countDown();
        }
      });
    }

    while(count.getCount()!=0){//堵塞等待5w个线程运行完毕

    }
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("50个线程都执行完了,共用时:"+(end-start)+"ms");
  }


  /**
   *@TODO 手动创建线程测试 
   */
  @Test
  public void thread(){
    CountDownLatch count = new CountDownLatch(50000);
    long start = System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i<50000;i++){
      Thread thread = new Thread(new Runnable() {

        @Override
        public void run() {
          System.out.println("hello");
          count.countDown();
        }
      });
      thread.start();
    }

    while(count.getCount()!=0){//堵塞等待5w个线程运行完毕

    }
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("50000个线程都执行完了,共用时:"+(end-start)+"ms");


  }

使用线程池5w线程运行完大约为400ms，不使用线程池运行大约为4350ms左右，其效率可见一斑（读者可以自行测试，不过由于电脑配置不一样，跑出来的数据会有差别，但使用线程池绝对是比创建线程要快的）。

java如何使用线程池?

上面的测试代码中已经使用了线程池，下面正式介绍一下。

java所有的线程池最顶层是一个Executor接口，其只有一个execute方法，用于执行所有的任务，java又提供了ExecutorService接口继承自Executor并且扩充了一下方法，在往下就是AbstractExecutorService这个抽象类，其实现了ExecutorService,最后就是ThreadPoolExecutor其继承自上面的抽象类，我们常使用的java线程池就是创建的这个类的实例。

而上面我们使用Executors是一个工具类，它就是一个语法糖，为我们把各种不同的业务的线程池参数进行封装，进行new操作。

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

上面就是Executors.newFixedThreadPool(10)的源码。

下面重点来了，说一说ThreadPoolExecutor构造方法各参数的意思。

 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
               int maximumPoolSize,
               long keepAliveTime,
               TimeUnit unit,
               BlockingQueue<Runnable> workQueue,
               ThreadFactory threadFactory,
               RejectedExecutionHandler handler)

上面这个构造方法是最全的。

下面我们根据源码来解释部分参数意思，这样更有说服力。

下面是ThreadPoolExecutor#execute方法，就是我们上面接口调用的execute实际执行者。

 public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
      throw new NullPointerException();

    int c = ctl.get();
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
      if (addWorker(command, true))
        return;
      c = ctl.get();
    }
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
      int recheck = ctl.get();
      if (! isRunning(recheck) && remove(command))
        reject(command);
      else if (workerCountOf(recheck) == 0)
        addWorker(null, false);
    }
    else if (!addWorker(command, false))
      reject(command);
  }

ctl是一个AtomicInteger实例，是一个提供了原子语句的CAS操作的类，它用来记录线程池中当前运行的线程数量加上-2^29，workCountOf方法就取得其绝对值（可以去看源码如何实现），当其小于corePoolSize时，会调用addWorker方法（是用来创建一个新Workder，Workder会创建一个Thread，所以就是创建线程的方法），addWorkd创建线程过程中会跟corePoolSize或者maxnumPoolSize的值比较（当传入true会根corePoolSize比较，false会根据maxnumPoolSize比较，大于等于其值会创建失败）。可见如何当前运行中的线程数量小于corePoolSize就是创建并且也会创建成功(
只简单的讨论线程池Running状态下)。

如果当运行中线程数大于等于corePoolSize时，进入第二个if，isRunning是跟SHUTDOWN（其值=0）比较，之前说过c等于当前运行的线程数量加上-2^29，如果当前当前运行的线程数据达到2^29时其值就=0，isRunning返回false，else中在执行addWorkd也会返回false(addWorkd也对其进行了检验)，所以这表示线程池最多能支持2^29个线程同时运行（足够用了）。

workQueue.offer(command)就是将runnable加入等待队列，加入等待队列后runWorker方法会从队列中获取任务执行的。如果当前队列采用的是有界队列（ArrayBlockingQueue）当队列满了offer就会返回false，这是就进入else if，看!这里传入了false，说明这里要跟maxnumPoolSize比较了，如果这里运行的线程数大于等于maxnumPoolSize，那么这个线程任务就要被线程池拒绝了，执行reject(command),拒绝方法中使用了我们ThreadPoolExecutor构造方法中的RejectedExecutionHandler（拒绝策略），后面再详细解释。

经过上面的结合源码的介绍，下面对们ThreadPoolExecutor的参数介绍就好理解了。

线程池中线程创建和拒绝策略

corePoolSize，maxnumPoolSize,BlockingQueue这三个要一块说

当线程池运行的线程小于corePoolSize时，来一个新线程任务总是会新建一个线程来执行；当大于corePoolSize就会把任务加入到等待队列blockingQueue中，如果你传入的BlockingQueue是一个无界队列（LinkedBlockingQueue）这是队列可以存放“无穷多”的任务，所有总是会加入队列成功，跟maxnumPoolSize就没关系了，这也表示线程池中线程数最多为corePoolSize个；但是如果你传入的是有界队列（ArrayBlockingQueue,SynchronousQueue），当队列满时，并且线程数小于maxmunPoolSize就是创建新的线程直至线程数大于maxnumPoolSize;如果当线程数量大于maxnumPoolSize时，在加入任务就会被线程池拒绝。

RejectedExecutionHandler拒绝策略java给实现了4个AbortPolicy，CallerRunsPolicy，DiscardOldestPolicy，DiscardPolicy用户也可以自己实现该接口实现自己的拒绝策略；第一个就是直接抛出异常，我们可以进行trycatch处理；第二个就是该新任务直接运行；第三个是取消队列中最老的；第四个是取消当前任务。

关于Java中线程池的实现原理是什么就分享到这里了，希望以上内容可以对大家有一定的帮助，可以学到更多知识。如果觉得文章不错，可以把它分享出去让更多的人看到。