Java并发编程:Java线程池核心ThreadPoolExecutor的使用和原理分析

引出线程池

线程是并发编程的基础,前面的文章里,我们的实例基本都是基于线程开发作为实例,并且都是使用的时候就创建一个线程。这种方式比较简单,但是存在一个问题,那就是线程的数量问题。

假设有一个系统比较复杂,需要的线程数很多,如果都是采用这种方式来创建线程的话,那么就会极大的消耗系统资源。首先是因为线程本身的创建和销毁需要时间,如果每个小任务都创建一个线程,那么就会大大降低系统的效率。其次是线程本身也是占用内存空间的,大量的线程运行会抢占内存资源,处理不当很可能会内存溢出,这显然不是我们想看到的。

那么有什么办法解决呢?有一个好的思路就是对线程进行复用,因为所有的线程并不都是同一时间一起运行的,有些线程在某个时刻可能是空闲状态,如果这部分空闲线程能有效利用起来,那么就能让线程的运行被充分的利用,这样就不需要创建那么多的线程了。我们可以把特定数量的线程放在一个容器里,需要使用线程时,从容器里拿出空闲线程使用,线程工作完后不急着关闭,而是退回到线程池等待使用。这样的容器一般被称为线程池。用线程池来管理线程是非常有效的方法,用一张图片可以简单的展示出线程池的管理流程:

Java并发编程:Java线程池核心ThreadPoolExecutor的使用和原理分析

Executor框架

Java中也有一套框架来控制管理线程,那就是Executor框架。Executor框架是JDK1.5之后才引入的,位于java.util.cocurrent 包下,可以通过该框架来控制线程的启动、执行和关闭,从而简化并发编程的操作,这是它的核心成员类图:

Java并发编程:Java线程池核心ThreadPoolExecutor的使用和原理分析

Executor:最上层的接口,定义了一个基本方法execute,接受一个Runnable参数,用来替代通常创建或启动线程的方法。

ExecutorService:继承自Executor接口,提供了处理多线程的方法。

ScheduledExecutorService:定时调度接口,继承自ExecutorService。

AbstractExecutorService:执行框架的抽象类。

ThreadPoolExecutor:线程池中最核心的一个类,提供了线程池操作的基本方法。

Executors:线程池工厂类,可用于创建一系列有特定功能的线程池。

ThreadPoolExecutor详解

以上Executor框架中的基本成员,其中最核心的的成员无疑就是ThreadPoolExecutor,想了解Java中线程池的运行机制,就必须先了解这个类,而最好的了解方式无疑就是看源码。

构造函数

打开ThreadPoolExecutor的源码,发现类中提供了四个构造方法

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue) { this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler); } public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory) { this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, threadFactory, defaultHandler); } public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, RejectedExecutionHandler handler) { this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, Executors.defaultThreadFactory(), handler); } public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) { if (corePoolSize < 0 || maximumPoolSize <= 0 || maximumPoolSize < corePoolSize || keepAliveTime < 0) throw new IllegalArgumentException(); if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null) throw new NullPointerException(); this.corePoolSize = corePoolSize; this.maximumPoolSize = maximumPoolSize; this.workQueue = workQueue; this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime); this.threadFactory = threadFactory; this.handler = handler; }

可以看出,ThreadPoolExecutor的构造函数中的参数还是比较多的,并且最核心的是第四个构造函数,其中完成了底层的初始化工作。

下面解释一下构造函数参数的含义:

corePoolSize:线程池的基本大小。当提交一个任务到线程池后,线程池会创建一个线程执行任务,重复这种操作,直到线程池中的数目达到corePoolSize后不再创建新线程,而是把任务放到缓存队列中。

maximumPoolSize:线程池允许创建的最大线程数。

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