【Java多线程】对线程池的理解并模拟实现线程池

news2025/1/16 2:42:31

1、池

1.1、线程池

2、ThreadPoolExecutor 线程池类

3、Executors 工厂类

4、模拟实现线程池

1、池

“池”这个概念见到非常多，例如常量池、数据库连接池、线程池、进程池、内存池。

所谓“池”的概念就是：（提高效率）
1、提前把要用的对象准备好
2、用完的对象也不立即释放，留着以备下次使用。
从而大大降低了线程频繁地创建销毁造成的开销。

1.1、线程池

线程池也是如此，提前把要使用的线程，在线程池中准备好，等到需要用时就从池子里取

出，用完之后再归还给池子。

（其中取出和归还操作都是属于纯用户态代码，这就比内核操作更快，更可控）

上面提到了用户态，什么是用户态呢？

设想一个场景，你在银行柜台办理业务，该业务需要用到身份证复印件，此时有两种选择：一种是柜员拿着你的身份证帮你去复印，一种是你自己去复印。

显然自己去复印这个操作更加可靠，并且可控一些。如果交给柜员去复印，天知道柜员拿了你的身份证后还去做了什么，因为柜员本身需要处理的事情不止有帮你复印身份证这一件事，可能在帮你复印身份证的路上去做了别的事情，你能做的就只有在柜台前等柜员回来，这种操作显然更加不可控。

你自己去操作就相当于用户态，而柜员帮你操作就相当于是内核态。

而类比到计算机上简单来说就是：

如果一个任务，是在用户程序上完成的，就属于用户态，此时更加的可控。

如果一个任务，是通过系统申请创建线程，需要由内核来完成，就属于内核态，此时更加不可控。

2、ThreadPoolExecutor 线程池类

Java 在标准库中提供了 ThreadPoolExecutor 线程池类

corePoolSize：核心线程数
maximumPoolSize：最大线程数
keepAliveTime：空闲时保持存活的时间（针对临时线程的）
unit：存活时间的时间单位（s，min，ms，hour....）
workQueue：阻塞队列，和定时器类似，线程池中也可以持有很多个任务
threadFactory：线程工厂（这个类中的方法封装了 new Thread 的操作，同时给 Thread 设置了一些属性）
handler：拒绝策略，当线程池中的阻塞队列满时，继续往队列中添加任务，此时线程池会执行什么样的操作就称为拒绝策略

针对拒绝策略，又分为四种：

1、继续添加任务直接拒绝接收并报错。【直接报错，新旧任务都不干了】

2、新的任务，由添加任务的线程负责执行。【谁揽的活儿谁干】

3、丢弃最旧的任务，新的添加进来。

4、丢弃新来的任务。

3、Executors 工厂类

ThreadPoolExecutor 本身用起来比较复杂，因此标准库还把 ThreadPoolExecutor 封装了一层，提供了另一个版本。

即 Executors 工厂类，通过这个类来创建出不同的线程池对象。

Executors 创建线程池的几种方式：

newFixedThreadPool: 创建固定线程数的线程池
newCachedThreadPool: 创建线程数目动态增长的线程池.
newSingleThreadExecutor: 创建只包含单个线程的线程池.
newScheduledThreadPool: 设定延迟时间后执行命令，或者定期执行命令. 是进阶版的 Timer.

public class ExecutorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //将线程数设置为 10
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //使用 submit 方法向线程池中提交任务
        service.submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello Executors");
            }
        });
    }
}

既然 ThreadPoolExecutor 和 Executors 都可以创建线程池，那么到底该用哪个呢？

正常情况下直接使用 Executors 工厂类即可，当 Executors 工厂类提供的方法无法满足使用时，或者是想要高度定制化线程池时，才去使用 ThreadPoolExecutor。

4、模拟实现线程池

这里模拟写一个固定线程数目的线程池，即模拟使用 newFixedThreadPool 创建的线程池。

分析要点：

1、首先需要提供构造方法，方法中指定创建多少个线程

2、在构造方法中，把这些线程都创建好

3、用一个阻塞队列，将要执行的任务保存起来

4、提供 submit 方法，用于添加新的任务到阻塞队列中

public class MyThreadPoolExecutor {
    // 保存线程的集合
    private List<Thread> threadList = new ArrayList<>();
    // 保存任务的阻塞队列
    private BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<>(1000);

    public MyThreadPoolExecutor(int n) {  //创建n个线程
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(() -> {
                //这些线程需要做的就是不断从任务队列中取出任务并执行
                while (true) {
                    try {
                        // take 带有阻塞功能，为空时自动阻塞
                        Runnable runnable = queue.take();
                        runnable.run();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }
            });
            //启动线程
            t.start();
            //将线程存入集合中，以备后续使用
            threadList.add(t);
        }
    }

    //submit 添加新的任务到队列中
    public void submit(Runnable runnable) throws InterruptedException {
        queue.put(runnable);
    }
}

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