深入Java原始碼理解執行緒池原理

林灣村龍貓發表於2019-03-01

Java原始碼執行緒

程式執行，其本質上，是對系統資源（CPU、記憶體、磁碟、網路等等）的使用。如何高效的使用這些資源是我們程式設計優化演進的一個方向。今天說的執行緒池是對CPU的利用的優化手段。

網上有不少介紹如何使用執行緒池的文章，那我想說點什麼呢？我希望檢視執行緒池原理，明白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

何為池化技術，簡單點來說，就是提前儲存大量的資源，以備不時之需。在資源有限的情況下，該技術可以大大提升資源的利用率，提升效能等。

目前比較典型的池化技術有：
執行緒池、連線池、記憶體池、物件池等。

本文主要來介紹一下其中比較簡單的執行緒池的實現原理，希望讀者們可以舉一反三，通過對執行緒池的理解，學習並掌握所有的程式設計中池化技術的底層原理，一通百通。

建立一個執行緒

在java的併發程式設計中，執行緒是十分重要的，在Java中，建立一個執行緒比較簡單：

public class App {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("執行緒執行中");
            }
        }).start();
    }
}
複製程式碼

我們通過建立一個執行緒物件，並且實現Runnable介面就可以實現一個簡單的執行緒。可以利用上多核CPU。當一個任務結束，當前執行緒就結束。

但很多時候，我們不止會執行一個任務。如果每次都是如此的建立執行緒->執行任務->銷燬執行緒，會造成很大的效能開銷的。

那能否一個執行緒建立後，執行完一個任務後，又去執行另一個任務，而不是銷燬。這就是執行緒池。

這就是池化技術的思想，通過預先建立好多個執行緒，放在池中，這樣可以在需要使用執行緒的時候直接獲取，避免多次重複建立、銷燬代理的開銷。

執行緒池的簡單使用

以下程式碼，就是在java中建立執行緒池：

import java.util.concurrent.*;

public class App {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                60L, TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(10));

        executorService.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("abcdefg");
            }
        });

        executorService.shutdown();
    }
}
複製程式碼

JDK提供給外部的介面也很簡單。直接呼叫ThreadPoolExecutor構造一個就可以了，也可以通過Executors靜態工廠構建，但一般不建議。

可以看到，開發者想要在程式碼中使用執行緒池還是比較簡單的，這得益於Java給我們封裝好了一系列的API。很多時候，我們需要知道這些API後面幹了些啥，以便於我們更好的設計與實現我們的程式碼。

執行緒池建構函式

通常，一般建構函式會反映出這個工具或這個物件的資料儲存結構。

如果把執行緒池比作一個公司。公司會有正式員工處理正常業務，如果工作量大的話，會僱傭外包人員來工作。閒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係，僱傭的人員始終是有最大數。如果這時候還有任務處理不過來，就走需求池排任務。

acc : 獲取呼叫上下文
corePoolSize: 核心執行緒數量，可以類比正式員工數量，常駐執行緒數量。
maximumPoolSize: 最大的執行緒數量，公司最多僱傭員工數量。常駐+臨時執行緒數量。
workQueue：多餘任務等待佇列，再多的人都處理不過來了，需要等著，在這個地方等。
keepAliveTime：非核心執行緒空閒時間，就是外包人員等了多久，如果還沒有活幹，解僱了。
threadFactory: 建立執行緒的工廠，在這個地方可以統一處理建立的執行緒的屬性。每個公司對員工的要求不一樣，恩，在這裡設定員工的屬性。
handler：執行緒池拒絕策略，什麼意思呢？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？預設是不處理，丟擲異常告訴任務提交者，我這忙不過來了。

新增一個任務

核心模組用紅框標記了。

第一個紅框：判斷工作的執行緒數有沒有超過最大核心執行緒數量，如果沒有超過新鎮新的worker執行緒。並且推出。
第二個紅框：判斷執行緒池是否在執行，如果在，任務佇列是否允許插入，插入成功再次驗證執行緒池是否執行，如果不再執行，移除插入的任務，然後丟擲拒絕策略。如果再執行，沒有執行緒了，就啟用一個執行緒。
第三個紅框：如果新增非核心執行緒失敗，就直接拒絕了。

這裡邏輯稍微有點複雜，畫了個流程圖僅供參考