线程池的核心原理篇

发布于：2022-11-09 ⋅ 阅读:(340) ⋅ 点赞:(0)

前言：大家好，我是小威，24届毕业生。本篇将记录线程池的核心原理，方便加深知识印象和复习使用。
本篇文章记录的基础知识，适合在学Java的小白，也适合复习中，面试中的大佬🤩🤩。
如果文章有什么需要改进的地方还请大佬不吝赐教👏👏。
小威在此先感谢各位大佬啦~~🤞🤞
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以下正文开始

文章目录

线程池的作用

线程池有很多积极的作用，线程池能够提高系统资源的利用率，比如可以重复利用执行完当前任务的线程来执行其他任务，提高线程的复用率；同时线程池能够提高任务的响应速度。不需要每次执行任务时都重新创建线程，当任务到达时不需要等待创建线程就能执行任务。

线程池的状态

线程池在运行的过程中会涉及到几种状态的转换：RUNNING，SHUTDOWN，STOP，TIDYING，TERMINATED等，它们位于线程池核心类ThreadPoolExecutor下，接下来对几种状态进行分析：

RUNNING：RUNNING状态表示线程池位于运行状态。在此状态下，线程池能够接受新提交的任务，也能够处理阻塞队列中的任务。

SHUTDOWN：SHUTDOWN状态表示线程池处于关闭状态。在此状态下，线程池不能接收新提交的任务，但是不会中断当前执行任务的线程，也能够处理阻塞队列中已经保存的任务。在线程池处于RUNNING状态时，当调用线程池的shutdown()方法时会使线程池处于SHUTDOWN状态。

STOP：SHUTDOWN状态表示线程池处于停止状态。在此状态下，线程池会中断当前正在执行任务的线程，使正在执行的任务被中断；同时线程池不能接收新的任务，也不能处理阻塞队列中保存的任务。在线程池处于RUNNING状态或SHUTDOWN状态时，当调用线程池的shutdownNow()方法时会使线程池处于STOP状态。

TIDYING：TIDYING状态表示线程池中的任务全部执行完毕，活动线程（有效线程）数为0，即线程池中的工作线程为空，阻塞队列为空，线程池中的工作线程数量为0，此时线程池会处于TIDYING状态。

TERMINATED：TERMINATED状态表示终结状态，当线程处于TIDYING状态时，调用线程池的terminated()方法会使线程池进入TERMINATED状态。
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线程池的转换过程

线程池中的状态并不是一成不变的，上面介绍了线程池的几种状态，接下来介绍线程池从RUNNING状态转换为TERMINATED状态的流程：

当线程池处于RUNNING状态时，调用线程池中的shutdown()方法会使线程池从RUNNING状态转变为STOP状态；调用线程池中的shutdownNow()方法时会使线程池处于STOP状态；

当线程池处于SHUTDOWN状态时，调用线程池中的shutdownNow()方法时会使线程池处于STOP状态；如果线程池中工作线程数为0，阻塞队列为空，那么会从SHUTDOWN状态转变为TIDYING状态；

当线程处于TIDYING状态时，调用线程池的terminated()方法会使线程池转换为TERMINATED状态。

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通过ThreadPoolExecutor类创建线程池

可以通过工具类Executors创建线程池，其实Executors工具类创建线程池大部分调用的是ThreadPoolExecutor类中的构造方法，由于代码长度，ThreadPoolExecutor类中的构造方法截图如下：
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ThreadPoolExecutor类创建线程池的核心代码如下：

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        //核心线程数<0，最大线程数<=0,最大线程数<核心线程数，保持存活时间<0都是不合法的参数，抛出异常
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        //工作队列为null，线程工厂为null，拒绝策略为null都会抛出空指针异常
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.acc = System.getSecurityManager() == null ?
                null :
                AccessController.getContext();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }

由上面ThreadPoolExecutor类构造方法的代码可以看出，需要传递七个参数，七个参数的含义如下：

corePoolSize：表示线程池中核心线程的数量；

maximumPoolSize：表示线程池中最大线程数量；

keepAliveTime：针对救急线程的存活时间的变量，就是当线程数量超过线程池中的核心数量时，如果没有新的任务被提交，那么核心线程外的救急线程就会保持在keepAliveTime变量值之后被销毁，而不是立即销毁；

unit：也是针对救急线程，表示keepAliveTime的核心单位；

workQueue：表示线程池中的阻塞队列，阻塞队列中存储着等待执行的任务；

threadFactory：表示用来创建线程的线程工厂。创建线程池的时候，默认的线程工厂创建的线程具有相同的优先级，可以为线程起一个好名字；

handler：表示线程池的拒绝策略。当线程池中的阻塞队列满了的时候，线程数maximumPoolSize也达到了最大值，如果此时再有任务提交到线程池，线程池就会采取策略来拒绝任务的执行。
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线程池执行任务的流程

上面介绍了线程池的状态和ThreadPoolExecutor类构造方法的变量，接下来分析向线程池提交任务时，线程池的执行流程：
提交任务时，首先会判断线程池中的线程数是否达到了核心线程数，如果线程池中运行的线程数小于corePoolSize，当向线程池中提交事务时，即使线程池中存在空闲线程，那么也会创建新的线程来执行任务；

当线程池中运行的线程数大于核心线程数corePoolSize同时小于最大线程数maximumPoolSize时，那么会判断工作队列workQueue是否已满，如果没有满，那么将任务添加到队列中等待空闲线程执行；

如果等待队列满了，那么会判断线程池中的线程是否达到了最大线程数maximumPoolSize，如果没有达到，则会创建新的线程执行任务；

如果达到了最大线程数maximumPoolSize，那么线程池会执行拒绝策略来拒绝任务的执行。
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线程池的拒绝策略

上面介绍到线程池中的线程数达到了最大线程数，线程池中的workQueue阻塞队列也已经满了，当再有任务提交到线程池中时，线程池会采取拒绝策略来拒绝任务的执行。
线程池的拒绝策略方法在ThreadPoolExecutor类中，其源码如下：

    final void reject(Runnable command) {
        handler.rejectedExecution(command, this);
    }

在ThreadPoolExecutor类的reject方法中，又调用了handler的rejectedExecution方法，点入此方法得到以下源码：

public interface RejectedExecutionHandler {
    void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor);
}

在RejectedExecutionHandler接口中，定义了rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor)方法。继续向下看，有四个类实现了RejectedExecutionHandler接口，分别为AbortPolicy，CallerRunsPolicy，DiscardOldestPolicy，DiscardPolicy这四个类。
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AbortPolicy策略：此策略为默认的拒绝策略。在拒绝任务时，会直接抛出异常RejectedExecutionException （属于RuntimeException），让你感知到任务被拒绝了，可以根据业务逻辑选择重试或者放弃提交等方法。

    public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler {
        /**
         * Creates an {@code AbortPolicy}.
         */
        public AbortPolicy() { }

        /**
         * Always throws RejectedExecutionException.
         *
         * @param r the runnable task requested to be executed
         * @param e the executor attempting to execute this task
         * @throws RejectedExecutionException always
         */
        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
            throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() +
                                                 " rejected from " +
                                                 e.toString());
        }
    }

DiscardPolicy策略：顾名思义，当新任务被提交后直接被丢弃掉，不会给出任何通知，相对而言存在一定的风险，因为我们提交的时候根本不知道这个任务会被丢弃，可能造成数据丢失。

    public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler {
        public DiscardPolicy() { }
        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
        }
    }

DiscardOldestPolicy策略：顾名思义，该策略会丢掉老的节点。如果线程池没有被关闭，同时没有能力执行任务，则会丢弃任务队列中的头结点，通常是存活时间最长的任务，这种策略与第二种不同之处在于它丢弃的不是最新提交的，而是队列中存活时间最长的，这样就可以腾出空间给新提交的任务，但同理它也存在一定的数据丢失风险。

   public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler {
        public DiscardOldestPolicy() { 
        }
        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
            if (!e.isShutdown()) {
                e.getQueue().poll();
                e.execute(r);
            }
        }

CallerRunsPolicy策略，相对而言此策略就比较完善了，当有新任务提交后，如果线程池没有被关闭，也没有能力执行，则把这个任务交于提交任务的线程执行，也就是谁提交任务，谁就负责执行任务。这种方式会使得新提交的任务不会被抛弃，不会造成损失。

    public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
        public CallerRunsPolicy() { }
        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
            if (!e.isShutdown()) {
                r.run();
            }
        }
    }

除了上述的几种拒绝策略，我们也可以自定义我们自己的拒绝策略，如果想使用我们自定义的拒绝策略，只需要与上述几个策略一样，实现RejectedExecutionHandler接口，重写里面rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e)的方法即可。
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线程池的关闭方法

上文提到过，关闭线程池有两种方式，第一种是调用shutdown方法，第二种是调用shutdownNow方法关闭线程池。
在调用shutdown方法关闭线程池时，线程池不能接收新提交的任务，但是不会中断正在执行任务的线程，同时能够处理阻塞队列中已经保存的任务。待线程池中的任务全部执行完毕。线程池才会关闭。
在调用shutdownNow)方法关闭线程池时，线程池不能接收新提交的任务，也不能继续处理阻塞队列中的任务，同时，还会中断正在执行任务的线程，使得正在执行的任务被中断，线程池立即关闭并抛出异常。

本篇文章就分享到这里了，后续将会分享各种其他关于并发编程的知识，感谢大佬认真读完支持咯 ~
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文章到这里就结束了，如果有什么疑问的地方请指出，诸佬们一起讨论🍻
希望能和诸佬们一起努力，今后进入到心仪的公司
再次感谢各位小伙伴儿们的支持🤞

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