10分鐘帶你徒手做個Java線程池

来源:https://www.cnblogs.com/huaweiyun/archive/2023/04/19/17333748.html
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摘要：花10分鐘開發一個極簡版的Java線程池，讓小伙伴們更好的理解線程池的核心原理。 本文分享自華為雲社區《放大招了，冰河帶你10分鐘手擼Java線程池，yyds，趕快收藏吧》，作者：冰 河。 Java線程池核心原理 看過Java線程池源碼的小伙伴都知道，在Java線程池中最核心的類就是Threa ...


摘要：花10分鐘開發一個極簡版的Java線程池，讓小伙伴們更好的理解線程池的核心原理。

本文分享自華為雲社區《放大招了，冰河帶你10分鐘手擼Java線程池，yyds，趕快收藏吧》，作者：冰 河。

Java線程池核心原理

看過Java線程池源碼的小伙伴都知道，在Java線程池中最核心的類就是ThreadPoolExecutor，而在ThreadPoolExecutor類中最核心的構造方法就是帶有7個參數的構造方法，如下所示。

 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
 int maximumPoolSize,
 long keepAliveTime,
 TimeUnit unit,
 BlockingQueue<Runnable> workQueue,
 ThreadFactory threadFactory,
 RejectedExecutionHandler handler)

各參數的含義如下所示。

  • corePoolSize：線程池中的常駐核心線程數。
  • maximumPoolSize：線程池能夠容納同時執行的最大線程數，此值大於等於1。
  • keepAliveTime：多餘的空閑線程存活時間，當空間時間達到keepAliveTime值時，多餘的線程會被銷毀直到只剩下corePoolSize個線程為止。
  • unit：keepAliveTime的單位。
  • workQueue：任務隊列，被提交但尚未被執行的任務。
  • threadFactory：表示生成線程池中工作線程的線程工廠，用戶創建新線程，一般用預設即可。
  • handler：拒絕策略，表示當線程隊列滿了並且工作線程大於等於線程池的最大顯示數(maxnumPoolSize)時，如何來拒絕請求執行的runnable的策略。

並且Java的線程池是通過 生產者-消費者模式 實現的，線程池的使用方是生產者，而線程池本身就是消費者。

Java線程池的核心工作流程如下圖所示。

手擼Java線程池

我們自己手動實現的線程池要比Java自身的線程池簡單的多，我們去掉了各種複雜的處理方式，只保留了最核心的原理：線程池的使用者向任務隊列中添加任務，而線程池本身從任務隊列中消費任務並執行任務。

只要理解了這個核心原理，接下來的代碼就簡單多了。在實現這個簡單的線程池時，我們可以將整個實現過程進行拆解。拆解後的實現流程為：定義核心欄位、創建內部類WorkThread、創建ThreadPool類的構造方法和創建執行任務的方法。

定義核心欄位

首先，我們創建一個名稱為ThreadPool的Java類，併在這個類中定義如下核心欄位。

  • DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE：靜態常量，表示預設的阻塞隊列大小。
  • workQueue：模擬實際的線程池使用阻塞隊列來實現生產者-消費者模式。
  • workThreads：模擬實際的線程池使用List集合保存線程池內部的工作線程。

核心代碼如下所示。

//預設阻塞隊列大小
private static final int DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE = 5;
//模擬實際的線程池使用阻塞隊列來實現生產者-消費者模式
private BlockingQueue<Runnable> workQueue;
//模擬實際的線程池使用List集合保存線程池內部的工作線程
private List<WorkThread> workThreads = new ArrayList<WorkThread>();

創建內部類WordThread

在ThreadPool類中創建一個內部類WorkThread，模擬線程池中的工作線程。主要的作用就是消費workQueue中的任務，並執行任務。由於工作線程需要不斷從workQueue中獲取任務，所以，這裡使用了while(true)迴圈不斷嘗試消費隊列中的任務。

核心代碼如下所示。

//內部類WorkThread，模擬線程池中的工作線程
//主要的作用就是消費workQueue中的任務，並執行
//由於工作線程需要不斷從workQueue中獲取任務，使用了while(true)迴圈不斷嘗試消費隊列中的任務
class WorkThread extends Thread{
 @Override
 public void run() {
 //不斷迴圈獲取隊列中的任務
 while (true){
 //當沒有任務時，會阻塞
 try {
 Runnable workTask = workQueue.take();
 workTask.run();
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 }
 }
}

創建ThreadPool類的構造方法

這裡，我們為ThreadPool類創建兩個構造方法，一個構造方法中傳入線程池的容量大小和阻塞隊列，另一個構造方法中只傳入線程池的容量大小。

核心代碼如下所示。

//在ThreadPool的構造方法中傳入線程池的大小和阻塞隊列
public ThreadPool(int poolSize, BlockingQueue<Runnable> workQueue){
 this.workQueue = workQueue;
 //創建poolSize個工作線程並將其加入到workThreads集合中
 IntStream.range(0, poolSize).forEach((i) -> {
 WorkThread workThread = new WorkThread();
 workThread.start();
 workThreads.add(workThread);
 });
}
//在ThreadPool的構造方法中傳入線程池的大小
public ThreadPool(int poolSize){
 this(poolSize, new LinkedBlockingQueue<>(DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE));
}

創建執行任務的方法

在ThreadPool類中創建執行任務的方法execute()，execute()方法的實現比較簡單，就是將方法接收到的Runnable任務加入到workQueue隊列中。

核心代碼如下所示。

//通過線程池執行任務
public void execute(Runnable task){
 try {
 workQueue.put(task);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
}

完整源碼

這裡，我們給出手動實現的ThreadPool線程池的完整源代碼，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 自定義線程池
 */
public class ThreadPool {
 //預設阻塞隊列大小
 private static final int DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE = 5;
 //模擬實際的線程池使用阻塞隊列來實現生產者-消費者模式
 private BlockingQueue<Runnable> workQueue;
 //模擬實際的線程池使用List集合保存線程池內部的工作線程
 private List<WorkThread> workThreads = new ArrayList<WorkThread>();
 //在ThreadPool的構造方法中傳入線程池的大小和阻塞隊列
 public ThreadPool(int poolSize, BlockingQueue<Runnable> workQueue){
 this.workQueue = workQueue;
 //創建poolSize個工作線程並將其加入到workThreads集合中
 IntStream.range(0, poolSize).forEach((i) -> {
 WorkThread workThread = new WorkThread();
 workThread.start();
 workThreads.add(workThread);
 });
 }
 //在ThreadPool的構造方法中傳入線程池的大小
 public ThreadPool(int poolSize){
 this(poolSize, new LinkedBlockingQueue<>(DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE));
 }
 //通過線程池執行任務
 public void execute(Runnable task){
 try {
 workQueue.put(task);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 }
 //內部類WorkThread，模擬線程池中的工作線程
 //主要的作用就是消費workQueue中的任務，並執行
 //由於工作線程需要不斷從workQueue中獲取任務，使用了while(true)迴圈不斷嘗試消費隊列中的任務
 class WorkThread extends Thread{
 @Override
 public void run() {
 //不斷迴圈獲取隊列中的任務
 while (true){
 //當沒有任務時，會阻塞
 try {
 Runnable workTask = workQueue.take();
 workTask.run();
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 }
 }
 }
}

沒錯，我們僅僅用了幾十行Java代碼就實現了一個極簡版的Java線程池，沒錯，這個極簡版的Java線程池的代碼卻體現了Java線程池的核心原理。

接下來，我們測試下這個極簡版的Java線程池。

編寫測試程式

測試程式也比較簡單，就是通過在main()方法中調用ThreadPool類的構造方法，傳入線程池的大小，創建一個ThreadPool類的實例，然後迴圈10次調用ThreadPool類的execute()方法，向線程池中提交的任務為：列印當前線程的名稱--->> Hello ThreadPool。

整體測試代碼如下所示。

package io.binghe.thread.pool.test;
import io.binghe.thread.pool.ThreadPool;
import java.util.stream.IntStream;
/**
 * @author binghe
 * @version 1.0.0
 * @description 測試自定義線程池
 */
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");
 });
 });
 }
}

接下來，運行ThreadPoolTest類的main()方法，會輸出如下信息。

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，我們自定義的Java線程池就開發完成了。

總結

線程池的核心原理其實並不複雜，只要我們耐心的分析，深入其源碼理解線程池的核心本質，你就會發現線程池的設計原來是如此的優雅。希望通過這個手寫線程池的小例子，能夠讓你更好的理解線程池的核心原理。

 

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