執行緒池的實現原理

流浪的雨發表於2019-03-12
執行緒

執行緒池的優點

1、執行緒是稀缺資源，使用執行緒池可以減少建立和銷燬執行緒的次數，每個工作執行緒都可以重複使用。

2、可以根據系統的承受能力，調整執行緒池中工作執行緒的數量，防止因為消耗過多記憶體導致伺服器崩潰。

執行緒池的建立

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                int maximumPoolSize,
                                long keepAliveTime,
                                TimeUnit unit,
                                BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                                RejectedExecutionHandler handler) 
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corePoolSize：執行緒池核心執行緒數量

maximumPoolSize:執行緒池最大執行緒數量

keepAliverTime：當活躍執行緒數大於核心執行緒數時，空閒的多餘執行緒最大存活時間

unit：存活時間的單位

workQueue：存放任務的佇列

handler：超出執行緒範圍和佇列容量的任務的處理程式

注：關於workQueue引數的取值,JDK提供了4種阻塞佇列型別供選擇：
            ArrayBlockingQueue：基於陣列結構的有界阻塞佇列，按FIFO排序任務；
            
            inkedBlockingQuene：基於連結串列結構的阻塞佇列，按FIFO排序任務，吞吐量通常要高於ArrayBlockingQuene 

            SynchronousQuene：一個不儲存元素的阻塞佇列，每個插入操作必須等到另一個執行緒呼叫移除操作，否則插入操作一直處於阻塞狀態，吞吐量通常要高於ArrayBlockingQuene；

            PriorityBlockingQuene：具有優先順序的無界阻塞佇列；

     threadFactory：執行緒工廠，主要用來建立執行緒；

     handler：表示當拒絕處理任務時的策略，有以下四種取值

 注： 當執行緒池的飽和策略，當阻塞佇列滿了，且沒有空閒的工作執行緒，如果繼續提交任務，必須採取一種策略處理該任務，執行緒池提供了4種策略：

        ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丟棄任務並丟擲RejectedExecutionException異常。

        ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丟棄任務，但是不丟擲異常。

        ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丟棄佇列最前面的任務，然後重新嘗試執行任務（重複此過程）

        ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由呼叫執行緒處理該任務

        當然也可以根據應用場景實現RejectedExecutionHandler介面，自定義飽和策略，如記錄日誌或持久化儲存不能處理的任務。


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執行緒池的實現原理

提交一個任務到執行緒池中，執行緒池的處理流程如下：

1、判斷執行緒池裡的核心執行緒是否都在執行任務，如果不是（核心執行緒空閒或者還有核心執行緒沒有被建立）則建立一個新的工作執行緒來執行任務。如果核心執行緒都在執行任務，則進入下個流程。

2、執行緒池判斷工作佇列是否已滿，如果工作佇列沒有滿，則將新提交的任務儲存在這個工作佇列裡。如果工作佇列滿了，則進入下個流程。

3、判斷執行緒池裡的執行緒是否都處於工作狀態，如果沒有，則建立一個新的工作執行緒來執行任務。如果已經滿了，則交給飽和策略來處理這個任務。
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執行緒池的實現原理

執行緒池的原始碼解讀

public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
            //如果執行緒數大於等於基本執行緒數或者執行緒建立失敗，將任務加入佇列
        if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {
           //執行緒池處於執行狀態並且加入佇列成功
            if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {
                if (runState != RUNNING || poolSize == 0)
                    ensureQueuedTaskHandled(command);
            }
           //執行緒池不處於執行狀態或者加入佇列失敗，則建立執行緒（建立的是非核心執行緒）
            else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))
          //建立執行緒失敗，則採取阻塞處理的方式
                reject(command); // is shutdown or saturated
        }
    }
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初始化四種型別的執行緒池

1、newFixedThreadPool()

說明：初始化一個指定執行緒數的執行緒池，其中corePoolSize == maxiPoolSize，使用LinkedBlockingQuene作為阻塞佇列
特點：即使當執行緒池沒有可執行任務時，也不會釋放執行緒。
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2、newCachedThreadPool()

說明：初始化一個可以快取執行緒的執行緒池，預設快取60s，執行緒池的執行緒數可達到Integer.MAX_VALUE，即2147483647，內部使用SynchronousQueue作為阻塞佇列；
特點：在沒有任務執行時，當執行緒的空閒時間超過keepAliveTime，會自動釋放執行緒資源；當提交新任務時，如果沒有空閒執行緒，則建立新執行緒執行任務，會導致一定的系統開銷；
因此，使用時要注意控制併發的任務數，防止因建立大量的執行緒導致而降低效能。
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3、newSingleThreadExecutor()

說明：初始化只有一個執行緒的執行緒池，內部使用LinkedBlockingQueue作為阻塞佇列。
特點：如果該執行緒異常結束，會重新建立一個新的執行緒繼續執行任務，唯一的執行緒可以保證所提交任務的順序執行
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4、newScheduledThreadPool()

特定：初始化的執行緒池可以在指定的時間內週期性的執行所提交的任務，在實際的業務場景中可以使用該執行緒池定期的同步資料。

總結：除了newScheduledThreadPool的內部實現特殊一點之外，其它執行緒池內部都是基於ThreadPoolExecutor類（Executor的子類）實現的。
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向執行緒池提交任務

有兩種方式：

  Executor.execute(Runnable command);

  ExecutorService.submit(Callable<T> task);
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execute()的內部實現

1.首次通過workCountof()獲知當前執行緒池中的執行緒數，

  如果小於corePoolSize, 就通過addWorker()建立執行緒並執行該任務；

&emsp;否則，將該任務放入阻塞佇列；

2. 如果能成功將任務放入阻塞佇列中,  

如果當前執行緒池是非RUNNING狀態，則將該任務從阻塞佇列中移除，然後執行reject()處理該任務；

如果當前執行緒池處於RUNNING狀態，則需要再次檢查執行緒池（因為可能在上次檢查後，有執行緒資源被釋放），是否有空閒的執行緒；如果有則執行該任務；

3、如果不能將任務放入阻塞佇列中,說明阻塞佇列已滿；那麼將通過addWoker()嘗試建立一個新的執行緒去執行這個任務；如果addWoker()執行失敗，說明執行緒池中執行緒數達到maxPoolSize,則執行reject()處理任務；
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sumbit()內部實現

會將提交的Callable任務會被封裝成了一個FutureTask物件

FutureTask類實現了Runnable介面，這樣就可以通過Executor.execute()提交FutureTask到執行緒池中等待被執行，最終執行的是FutureTask的run方法； 

比較：

 兩個方法都可以向執行緒池提交任務，execute()方法的返回型別是void，它定義在Executor介面中, 而submit()方法可以返回持有計算結果的Future物件，它定義在ExecutorService介面中，它擴充套件了Executor介面，其它執行緒池類像ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor都有這些方法。 
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