程序的運行，其本質上，是對系統(tǒng)資源（CPU、內存、磁盤、網(wǎng)絡等等）的使用。如何高效的使用這些資源是我們編程優(yōu)化演進的一個方向。今天說的線程池就是一種對CPU利用的優(yōu)化手段。

網(wǎng)上有不少介紹如何使用線程池的文章，那我想說點什么呢？我希望通過學習線程池原理，明白所有池化技術的基本設計思路。遇到其他相似問題可以解決。

池化技術

前面提到一個名詞——池化技術，那么到底什么是池化技術呢？

池化技術簡單點來說，就是提前保存大量的資源，以備不時之需。在機器資源有限的情況下，使用池化技術可以大大的提高資源的利用率，提升性能等。

在編程領域，比較典型的池化技術有：

線程池、連接池、內存池、對象池等。

本文主要來介紹一下其中比較簡單的線程池的實現(xiàn)原理，希望讀者們可以舉一反三，通過對線程池的理解，學習并掌握所有編程中池化技術的底層原理。

創(chuàng)建一個線程

在Java的并發(fā)編程中，線程是十分重要的，在Java中，創(chuàng)建一個線程比較簡單：

publicclassApp{

publicstaticvoidmain(String[]?args)throwsException{

newThread(newRunnable()?{

@Override

publicvoidrun(){

System.out.println("線程運行中");

}

}).start();

}

}

我們通過創(chuàng)建一個線程對象，并且實現(xiàn)Runnable接口就可以實現(xiàn)一個簡單的線程。可以利用上多核CPU。當一個任務結束，當前線程就接收。

但很多時候，我們不止會執(zhí)行一個任務。如果每次都是如此的創(chuàng)建線程->執(zhí)行任務->銷毀線程，會造成很大的性能開銷。

那能否一個線程創(chuàng)建后，執(zhí)行完一個任務后，又去執(zhí)行另一個任務，而不是銷毀。這就是線程池。

這也就是池化技術的思想，通過預先創(chuàng)建好多個線程，放在池中，這樣可以在需要使用線程的時候直接獲取，避免多次重復創(chuàng)建、銷毀帶來的開銷。

線程池的簡單使用

以下代碼，是在Java中創(chuàng)建線程池：

importjava.util.concurrent.*;

publicclassApp{

publicstaticvoidmain(String[]?args)throwsException{

ExecutorService?executorService?=newThreadPoolExecutor(1,1,

60L,?TimeUnit.SECONDS,

newArrayBlockingQueue<>(10));

executorService.execute(newRunnable()?{

@Override

publicvoidrun(){

System.out.println("abcdefg");

}

});

executorService.shutdown();

}

}

Jdk提供給外部的接口也很簡單。直接調用ThreadPoolExecutor構造一個就可以了，也可以通過Executors靜態(tài)工廠構建，但一般不建議。

可以看到，開發(fā)者想要在代碼中使用線程池還是比較簡單的，這得益于Java給我們封裝好的一系列API。但是，這些API的背后是什么呢，讓我們來揭開這個迷霧，看清線程池的本質。

線程池構造函數(shù)

通常，一般構造函數(shù)會反映出這個工具或這個對象的數(shù)據(jù)存儲結構。

如果把線程池比作一個公司。公司會有正式員工處理正常業(yè)務，如果工作量大的話，會雇傭外包人員來工作。

閑時就可以釋放外包人員以減少公司管理開銷。一個公司因為成本關系，雇傭的人員始終是有最大數(shù)。

如果這時候還有任務處理不過來，就走需求池排任務。

acc : 獲取調用上下文

corePoolSize: 核心線程數(shù)量，可以類比正式員工數(shù)量，常駐線程數(shù)量。

maximumPoolSize: 最大的線程數(shù)量，公司最多雇傭員工數(shù)量。常駐+臨時線程數(shù)量。

workQueue：多余任務等待隊列，再多的人都處理不過來了，需要等著，在這個地方等。

keepAliveTime：非核心線程空閑時間，就是外包人員等了多久，如果還沒有活干，解雇了。

threadFactory: 創(chuàng)建線程的工廠，在這個地方可以統(tǒng)一處理創(chuàng)建的線程的屬性。每個公司對員工的要求不一樣，恩，在這里設置員工的屬性。

handler：線程池拒絕策略，什么意思呢？就是當任務實在是太多，人也不夠，需求池也排滿了，還有任務咋辦？默認是不處理，拋出異常告訴任務提交者，我這忙不過來了。

添加一個任務

接著，我們看一下線程池中比較重要的execute方法，該方法用于向線程池中添加一個任務。

核心模塊用紅框標記了。

第一個紅框：workerCountOf方法根據(jù)ctl的低29位，得到線程池的當前線程數(shù)，如果線程數(shù)小于corePoolSize，則執(zhí)行addWorker方法創(chuàng)建新的線程執(zhí)行任務；

第二個紅框：判斷線程池是否在運行，如果在，任務隊列是否允許插入，插入成功再次驗證線程池是否運行，如果不在運行，移除插入的任務，然后拋出拒絕策略。如果在運行，沒有線程了，就啟用一個線程。

第三個紅框：如果添加非核心線程失敗，就直接拒絕了。

這里邏輯稍微有點復雜，畫了個流程圖僅供參考

接下來，我們看看如何添加一個工作線程的？

添加worker線程

從方法execute的實現(xiàn)可以看出：addWorker主要負責創(chuàng)建新的線程并執(zhí)行任務，代碼如下（這里代碼有點長，沒關系，也是分塊的，總共有5個關鍵的代碼塊）：

第一個紅框：做是否能夠添加工作線程條件過濾：

判斷線程池的狀態(tài)，如果線程池的狀態(tài)值大于或等SHUTDOWN，則不處理提交的任務，直接返回；

第二個紅框：做自旋，更新創(chuàng)建線程數(shù)量：

通過參數(shù)core判斷當前需要創(chuàng)建的線程是否為核心線程，如果core為true，且當前線程數(shù)小于corePoolSize，則跳出循環(huán)，開始創(chuàng)建新的線程

有人或許會疑問 retry 是什么？這個是java中的goto語法。只能運用在break和continue后面。

接著看后面的代碼：

第一個紅框：獲取線程池主鎖。

線程池的工作線程通過Woker類實現(xiàn)，通過ReentrantLock鎖保證線程安全。

第二個紅框：添加線程到workers中（線程池中）。

第三個紅框：啟動新建的線程。

接下來，我們看看workers是什么。

一個hashSet。所以，線程池底層的存儲結構其實就是一個HashSet。

worker線程處理隊列任務

第一個紅框：是否是第一次執(zhí)行任務，或者從隊列中可以獲取到任務。

第二個紅框：獲取到任務后，執(zhí)行任務開始前操作鉤子。

第三個紅框：執(zhí)行任務。

第四個紅框：執(zhí)行任務后鉤子。

這兩個鉤子（beforeExecute，afterExecute）允許我們自己繼承線程池，做任務執(zhí)行前后處理。

到這里，源代碼分析到此為止。接下來做一下簡單的總結。

總結

所謂線程池本質是一個hashSet。多余的任務會放在阻塞隊列中。

只有當阻塞隊列滿了后，才會觸發(fā)非核心線程的創(chuàng)建。所以非核心線程只是臨時過來打雜的。直到空閑了，然后自己關閉了。

線程池提供了兩個鉤子（beforeExecute，afterExecute）給我們，我們繼承線程池，在執(zhí)行任務前后做一些事情。

線程池原理關鍵技術：鎖（lock,cas）、阻塞隊列、hashSet（資源池）

最后希望對你理解線程池有幫助。最后，留一個思考題，為什么線程池的底層數(shù)據(jù)接口采用HashSet來實現(xiàn)？

1、具有1-5工作經(jīng)驗的，面對目前流行的技術不知從何下手，

需要突破技術瓶頸的可以加。

2、在公司待久了，過得很安逸，

但跳槽時面試碰壁。

需要在短時間內進修、跳槽拿高薪的可以加。

3、如果沒有工作經(jīng)驗，但基礎非常扎實，對java工作機制，

常用設計思想，常用java開發(fā)框架掌握熟練的，可以加。

4、覺得自己很牛B，一般需求都能搞定。

但是所學的知識點沒有系統(tǒng)化，很難在技術領域繼續(xù)突破的可以加。

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