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Java线程池的实现和使用方法

Java线程池核心原理看过Java线程池源码的小伙伴都知道,在Java线程池中最核心的类就是ThreadPoolExecutor,而在ThreadPoolExecutor类中最核心的构造方法就是带有7个参数的构造方法,如下所示。publicThreadPoolExecutor(intcorePoolSize,intmaximumPoolSize,longkeepAliveTime,TimeUnitunit,BlockingQueueworkQueue,ThreadFactorythreadFactory,

本文目录

    Java线程池核心原理

    看过Java线程池源码的小伙伴都知道,在Java线程池中最核心的类就是ThreadPoolExecutor,而在ThreadPoolExecutor类中最核心的构造方法就是带有7个参数的构造方法,如下所示。

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

    各参数的含义如下所示。

    • corePoolSize:线程池中的常驻核心线程数。

    • maximumPoolSize:线程池能够容纳同时执行的最大线程数,此值大于等于1。

    • keepAliveTime:多余的空闲线程存活时间,当空间时间达到keepAliveTime值时,多余的线程会被销毁直到只剩下corePoolSize个线程为止。

    • unit:keepAliveTime的单位。

    • workQueue:任务队列,被提交但尚未被执行的任务。

    • threadFactory:表示生成线程池中工作线程的线程工厂,用户创建新线程,一般用默认即可。

    • handler:拒绝策略,表示当线程队列满了并且工作线程大于等于线程池的最大显示数(maxnumPoolSize)时,如何来拒绝请求执行的runnable的策略。

    并且Java的线程池是通过 生产者-消费者模式 实现的,线程池的使用方是生产者,而线程池本身就是消费者。

    Java线程池的核心工作流程如下图所示。

    Java线程池的实现和使用方法

    手撸Java线程池

    我们自己手动实现的线程池要比Java自身的线程池简单的多,我们去掉了各种复杂的处理方式,只保留了最核心的原理:线程池的使用者向任务队列中添加任务,而线程池本身从任务队列中消费任务并执行任务。

    Java线程池的实现和使用方法

    只要理解了这个核心原理,接下来的代码就简单多了。在实现这个简单的线程池时,我们可以将整个实现过程进行拆解。拆解后的实现流程为:定义核心字段、创建内部类WorkThread、创建ThreadPool类的构造方法和创建执行任务的方法。

    定义核心字段

    首先,我们创建一个名称为ThreadPool的Java类,并在这个类中定义如下核心字段。

    • DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE:静态常量,表示默认的阻塞队列大小。

    • workQueue:模拟实际的线程池使用阻塞队列来实现生产者-消费者模式。

    • workThreads:模拟实际的线程池使用List集合保存线程池内部的工作线程。

    核心代码如下所示。

    //默认阻塞队列大小
    private static final int DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE = 5;
    
    //模拟实际的线程池使用阻塞队列来实现生产者-消费者模式
    private BlockingQueue workQueue;
    
    //模拟实际的线程池使用List集合保存线程池内部的工作线程
    private List workThreads = new ArrayList();

    创建内部类WordThread

    在ThreadPool类中创建一个内部类WorkThread,模拟线程池中的工作线程。主要的作用就是消费workQueue中的任务,并执行任务。由于工作线程需要不断从workQueue中获取任务,所以,这里使用了while(true)循环不断尝试消费队列中的任务。

    核心代码如下所示。

    //内部类WorkThread,模拟线程池中的工作线程
    //主要的作用就是消费workQueue中的任务,并执行
    //由于工作线程需要不断从workQueue中获取任务,使用了while(true)循环不断尝试消费队列中的任务
    class WorkThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            //不断循环获取队列中的任务
            while (true){
                //当没有任务时,会阻塞
                try {
                    Runnable workTask = workQueue.take();
                    workTask.run();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    创建ThreadPool类的构造方法

    这里,我们为ThreadPool类创建两个构造方法,一个构造方法中传入线程池的容量大小和阻塞队列,另一个构造方法中只传入线程池的容量大小。

    核心代码如下所示。

    //在ThreadPool的构造方法中传入线程池的大小和阻塞队列
    public ThreadPool(int poolSize, BlockingQueue workQueue){
        this.workQueue = workQueue;
        //创建poolSize个工作线程并将其加入到workThreads集合中
        IntStream.range(0, poolSize).forEach((i) -> {
            WorkThread workThread = new WorkThread();
            workThread.start();
            workThreads.add(workThread);
        });
    }
    
    //在ThreadPool的构造方法中传入线程池的大小
    public ThreadPool(int poolSize){
        this(poolSize, new LinkedBlockingQueue<>(DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE));
    }

    创建执行任务的方法

    在ThreadPool类中创建执行任务的方法execute(),execute()方法的实现比较简单,就是将方法接收到的Runnable任务加入到workQueue队列中。

    核心代码如下所示。

    //通过线程池执行任务
    public void execute(Runnable task){
        try {
            workQueue.put(task);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    完整源码

    这里,我们给出手动实现的ThreadPool线程池的完整源代码,如下所示。

    package io.binghe.thread.pool;
    
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    import java.util.concurrent.BlockingQueue;
    import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
    import java.util.stream.IntStream;
    
    /**
     * @author binghe
     * @version 1.0.0
     * @description 自定义线程池
     */
    public class ThreadPool {
    
        //默认阻塞队列大小
        private static final int DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE = 5;
    
        //模拟实际的线程池使用阻塞队列来实现生产者-消费者模式
        private BlockingQueue workQueue;
    
        //模拟实际的线程池使用List集合保存线程池内部的工作线程
        private List workThreads = new ArrayList();
    
        //在ThreadPool的构造方法中传入线程池的大小和阻塞队列
        public ThreadPool(int poolSize, BlockingQueue workQueue){
            this.workQueue = workQueue;
            //创建poolSize个工作线程并将其加入到workThreads集合中
            IntStream.range(0, poolSize).forEach((i) -> {
                WorkThread workThread = new WorkThread();
                workThread.start();
                workThreads.add(workThread);
            });
        }
    
        //在ThreadPool的构造方法中传入线程池的大小
        public ThreadPool(int poolSize){
            this(poolSize, new LinkedBlockingQueue<>(DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE));
        }
    
     //通过线程池执行任务
        public void execute(Runnable task){
            try {
                workQueue.put(task);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
        //内部类WorkThread,模拟线程池中的工作线程
        //主要的作用就是消费workQueue中的任务,并执行
        //由于工作线程需要不断从workQueue中获取任务,使用了while(true)循环不断尝试消费队列中的任务
        class WorkThread extends Thread{
            @Override
            public void run() {
                //不断循环获取队列中的任务
                while (true){
                    //当没有任务时,会阻塞
                    try {
                        Runnable workTask = workQueue.take();
                        workTask.run();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }

    没错,我们仅仅用了几十行Java代码就实现了一个极简版的Java线程池,没错,这个极简版的Java线程池的代码却体现了Java线程池的核心原理。

    接下来,我们测试下这个极简版的Java线程池。

    编写测试程序

    测试程序也比较简单,就是通过在main()方法中调用ThreadPool类的构造方法,传入线程池的大小,创建一个ThreadPool类的实例,然后循环10次调用ThreadPool类的execute()方法,向线程池中提交的任务为:打印当前线程的名称--->> Hello ThreadPool。

    整体测试代码如下所示。

    package io.binghe.thread.pool.test;
    
    import io.binghe.thread.pool.ThreadPool;
    
    import java.util.stream.IntStream;
    
    /**
     * @author binghe
     * @version 1.0.0
     * @description 测试自定义线程池
     */
    public class ThreadPoolTest {
    
        public static void main(String[] args){
            ThreadPool threadPool = new ThreadPool(10);
            IntStream.range(0, 10).forEach((i) -> {
                threadPool.execute(() -> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->> Hello ThreadPool");
                });
            });
        }
    }

    接下来,运行ThreadPoolTest类的main()方法,会输出如下信息。

    Thread-0--->> Hello ThreadPool
    Thread-9--->> Hello ThreadPool
    Thread-5--->> Hello ThreadPool
    Thread-8--->> Hello ThreadPool
    Thread-4--->> Hello ThreadPool
    Thread-1--->> Hello ThreadPool
    Thread-2--->> Hello ThreadPool
    Thread-5--->> Hello ThreadPool
    Thread-9--->> Hello ThreadPool
    Thread-0--->> Hello ThreadPool

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