1.4 自定義執行緒池
現在你已經對建立和使用執行緒池有了初步瞭解，包括執行緒池建立引數的認識，現在我們將目光放在物件引數上，看它們在實際使用中，能達到什麼效果，這樣可以加深我們對這些引數的理解，幫助我們在後面的使用當中更加得心應手。
1.4.1 等待佇列
執行緒池等待佇列的引數型別是BlockingQueue<Runnable>，這是一個Java介面，它的實現類比較多，在 java.util.concurrent.Executors 應用中，用到了兩個實現類，分別是java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue和java.util.concurrent.SynchronousQueue。
1.LinkedBlockingQueue
LinkedBlockingQueue 是 Java 中的一個阻塞佇列實現，它基於連結串列資料結構實現。它的特點是：
- FIFO（先進先出）。佇列中的元素按照它們被插入的順序進行處理，即先進入佇列的元素將會被優先處理。
- 執行緒安全。
LinkedBlockingQueue是執行緒安全的，可以在併發訪問和修改場景中，保障執行緒安全。 - 阻塞操作。
LinkedBlockingQueue支援阻塞操作，當佇列為空時，消費執行緒可以阻塞在獲取方法，知道佇列中有新的元素可用；當佇列已滿，生產執行緒會阻塞在提交元素，直到佇列有空閒接收新元素。 - 可選容量。
LinkedBlockingQueue可以選擇是否設定容量限制，如果不設定容量限制，則佇列容量預設java.lang.Integer#MAX_VALUE。
2.SynchronousQueue
SynchronousQueue是Java SDK中一種特殊的阻塞佇列，它的最大的特點就是容量為零。SynchronousQueue容量是零，不儲存任何元素。每一個提交元素的操作都要等待一個消費執行緒移除操作，反之也成立。
在建立java.util.concurrent.Executors#newCachedThreadPool(java.util.concurrent.ThreadFactory)執行緒池時就是用到SynchronousQueue。根據我們之前對執行緒池建立新執行緒的分析，當向等待佇列提交任務時，呼叫了java.util.concurrent.SynchronousQueue#offer(E)方法時返回false，所以會直接進入建立新的執行緒邏輯，也就是java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor#addWorker方法。
3.LinkedBlockingDeque
LinkedBlockingDeque 是Java SDK提供的一個雙端佇列實現，它與 LinkedBlockingQueue 一樣基於連結串列資料結構實現，不同的是LinkedBlockingDeque因為是雙端連結串列，所以不僅新增和刪除操作不受限於固定的位置，可以java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque#offerFirst(E)，也可以java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque#offerLast(E)，同樣刪除操作也是。另外 LinkedBlockingDeque 也實現了java.util.concurrent.BlockingQueue介面的所有方法，預設的操作是跟LinkedBlockingQueue一樣的，在佇列末尾新增，從佇列開頭移除。原始碼如下：
public boolean offer(E e) {
return offerLast(e);
}
public E poll() {
return pollFirst();
}
這個佇列有什麼用呢？當我們使用執行緒池處理大量非同步任務的場景中，假如我們期望其中一部分非同步任務優先執行，如果要實現這樣的功能，就需要給執行緒池配置一個雙端連結串列LinkedBlockingDeque。演示程式碼如下：
package org.funtester.performance.books.chapter01.section4;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 雙端列表線上程池應用功能示例
*/
public class DueueDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(1, 1, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<>(10));// 建立執行緒池，使用雙端列表
for (int i = 0; i < 4; i++) {// 提交4個任務
int index = i;// 任務索引,用於標識任務,由於lambda表示式中的變數必須是final或者等效的,所以這裡使用區域性變數
Thread thread = new Thread(() -> {// 提交任務
try {
Thread.sleep(1000);// 模擬任務執行,睡眠1秒,避免任務過快執行完畢
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + System.currentTimeMillis() + " " + index + " 執行任務");// 列印任務執行資訊
});
if (i == 3) {// 第4個任務插入到佇列頭部
LinkedBlockingDeque<Runnable> queue = (LinkedBlockingDeque<Runnable>) executor.getQueue();// 獲取執行緒池佇列
queue.offerFirst(thread);// 將任務插入到佇列頭部
} else {
executor.execute(thread);// 提交任務
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + System.currentTimeMillis() + " " + index + " 提交任務");// 列印任務提交資訊
}
executor.shutdown();// 關閉執行緒池,不再接受新任務,但會執行完佇列中的任務,並不會立即關閉
}
}
在這個演示程式碼中，將最後一個提交的任務插入了等待佇列的頭部，理論上會在第一個任務執行完成之後執行最後一個任務。至於效果如何，我們來執行程式碼驗證，控制檯列印內容如下：
main 1713000268720 0 提交任務
main 1713000268720 1 提交任務
main 1713000268720 2 提交任務
main 1713000268720 3 提交任務
pool-1-thread-1 1713000269721 0 執行任務
pool-1-thread-1 1713000270722 3 執行任務
pool-1-thread-1 1713000271723 1 執行任務
pool-1-thread-1 1713000272724 2 執行任務
跟我們預想的一模一樣，完美地實現了我們將優先順序高的任務優先執行的設想。但是這種優先順序佇列在處理優先順序時顆粒度比較粗，如果業務上有很多優先順序級別的話，這個方案就顯得難以為繼。不過沒關係，說到優先順序，Java SDK還提供了一個java.util.PriorityQueue供我們使用，可很不幸它並不是java.util.concurrent.BlockingQueue介面的實現類，但是還有一個java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue供我們使用。
4.PriorityBlockingQueue
PriorityBlockingQueue是Java SDK提供的一個執行緒安全的阻塞優先順序佇列。相比較LinkedBlockingQueue，它新增了兩點特性：
- 優先順序支援。
PriorityBlockingQueue可以根據元素的優先順序進行排序，保障優先的元素排在佇列的頭部。 - 無界容量。
PriorityBlockingQueue容量不受初始容量限制，可以動態擴容。
要實現多優先順序執行緒池，無法直接使用PriorityBlockingQueue，因為PriorityBlockingQueue要求元素必須實現java.lang.Comparable，或者在建立時指定一個java.util.Comparator實現類。而執行緒池等待佇列中的物件型別都是 java.lang.Runnable，要想兼顧兩個方面，必須要做點改動。我選擇建立一個新的抽象類，實現java.util.Comparator和java.lang.Runnable，當然只會實現 java.util.Comparator 的方法，這樣依然可以使用執行緒池的提交方法java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor#execute和Lambda語法。抽象類程式碼如下：
package org.funtester.performance.books.chapter01.section4;
/**
* 優先順序任務抽象類
*/
public abstract class PriorityRunnable implements Comparable<PriorityRunnable>, Runnable {
int priorityLevel;// 優先等級，值越小優先順序越高，用於優先順序佇列排序
public PriorityRunnable(int priorityLevel) {≈
this.priorityLevel = priorityLevel;
}
/**
* 用與比較兩個物件的優先順序
*
* @param o
* @return
*/
@Override
public int compareTo(PriorityRunnable o) {
return this.priorityLevel - o.priorityLevel;
}
}
下面演示多優先順序執行緒池的使用：
package org.funtester.performance.books.chapter01.section4;
import java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 多優先順序執行緒池使用示例
*/
public class PriorityTaskDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(0, 2, 60L, TimeUnit.SECONDS, new PriorityBlockingQueue<Runnable>());// 建立執行緒池,核心執行緒數0,最大執行緒數2,執行緒空閒時間60秒,任務佇列為優先順序阻塞佇列
for (int i = 0; i < 5; i++) {// 提交5個任務
int priorityLevel = 5 - i;// 優先順序遞增
executor.execute(new PriorityRunnable(priorityLevel) {// 提交任務,優先順序遞增
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000);// 休眠1秒,模擬任務執行時間
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + System.currentTimeMillis() + " " + priorityLevel + " 執行任務");// 列印任務執行資訊
}
});
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + System.currentTimeMillis() + " " + priorityLevel + " 提交任務");// 列印任務提交資訊
}
executor.shutdown();// 關閉執行緒池
}
}
控制檯列印資訊如下：
main 1713004306180 5 提交任務
main 1713004306180 4 提交任務
main 1713004306180 3 提交任務
main 1713004306180 2 提交任務
main 1713004306180 1 提交任務
pool-1-thread-1 1713004307181 5 執行任務
pool-1-thread-1 1713004308182 1 執行任務
pool-1-thread-1 1713004309183 2 執行任務
pool-1-thread-1 1713004310184 3 執行任務
pool-1-thread-1 1713004311185 4 執行任務
可以看出，除了第一個提交的優先順序為 5 的任務以外（因為這個任務提交之後直接執行，並未參加排序），其他任務均按照優先順序從高到低執行的。
至此，我們已經將 Java 執行緒池所用到還有將來各位可能用到的佇列分享完了，筆者建議初學者掌握LinkedBlockingQueue和SynchronousQueue即可。
FunTester 原創精華
- 混沌工程、故障測試、Web 前端
- 服務端功能測試
- 效能測試專題
- Java、Groovy、Go
- 白盒、工具、爬蟲、UI 自動化
- 理論、感悟、影片