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10分钟带你徒手做个Java线程池

华为云开发者社区 2023-08-30 原文
摘要：花10分钟开发一个极简版的Java线程池，让小伙伴们更好的理解线程池的核心原理。

本文分享自华为云社区《放大招了，冰河带你10分钟手撸Java线程池，yyds，赶快收藏吧》，作者：冰 河。

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<Runnable> 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。

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。

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<Runnable> 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<WorkThread> workThreads = new ArrayList<WorkThread>();

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<Runnable> 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<Runnable> 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<WorkThread> workThreads = new ArrayList<WorkThread>();
 //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<Runnable> 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

至此，我们自定义的Java线程池就开发完成了。

总结

线程池的核心原理其实并不复杂，只要我们耐心的分析，深入其源码理解线程池的核心本质，你就会发现线程池的设计原来是如此的优雅。希望通过这个手写线程池的小例子，能够让你更好的理解线程池的核心原理。

 

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