系列文章

JAVA中的线程池说明一

JAVA中的线程池说明二

目录

1.为什么需要线程池?

2.什么是线程池?

3.标准库中的线程池

4.实现自定义线程池

---

1.为什么需要线程池?

       线程的存在意义在于解决并发编程中进程开销过大的问题，因此引入了线程，也被称为"轻量级线程"。相比于创建进程，创建线程更加高效；同样地，销毁线程比销毁进程更高效，调度线程比调度进程更高效。

       在许多情况下，使用多线程可以替代进程来实现并发编程。然而，随着并发程度的提高和对性能要求的提高，频繁创建和销毁线程会导致线程创建变得不那么轻量。为了降低创建和销毁线程的开销，我们可以使用线程池来管理线程资源。

2.什么是线程池?

       线程池是一种管理线程的机制，它预先创建一定数量的线程，并将它们放入一个池中。当需要执行任务时，线程池会从池中选择一个空闲的线程来执行任务，而不是每次都创建新的线程。一旦任务完成，线程会被归还到线程池中，等待下一次使用。

       在之前我们也了解过，相关的池化技术，字符串常量池，数据库连接池，HTTP连接池等，池化技术的思想主要是为了减少每次获取资源的消耗，提高对资源的利用率。

线程池的主要优点包括：

• 提高性能，降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
• 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
• 提高线程的可管理性。线程池可以限制同时运行的线程数量，避免过多的线程导致系统资源耗尽，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

上面我们说到:

将线程从线程池里获取，用完后还给线程池，这两个动作比创建/销毁进程更高效

那这里的原因是什么呢？

       是因为创建/销毁进程是交由操作系统内核完成的，从线程从线程池里获取，用完后还给线程池，是我们自己用户的代码就可以实现的，不必交给内核操作。

那什么是操作系统内核呢?

       操作系统内核是操作系统的核心部分，它负责管理系统的资源、调度进程和线程的执行、处理硬件设备等。它是操作系统与计算机硬件之间的接口，提供了系统级别的服务和功能。

       比如在银行大厅里，用户们可以自由地操作，这就像计算机程序中的"用户态"。在用户态下，执行的是程序员编写的代码，用户可以按照自己的意愿进行各种操作，完全由程序员来决定。

       然而，有些特定的任务必须在银行柜台内完成，客户无法直接进入柜台，必须通过银行工作人员来执行这些任务。这与计算机程序中的"内核态"相似。内核态的操作都在操作系统的内核中进行，内核提供给程序员一些应用程序接口（API），称为系统调用。程序员可以通过调用这些API来驱动内核完成某些工作。系统调用的内容直接与内核的代码相关，这部分代码不受程序员的控制，完全由内核自行处理。

       与内核相比，用户态的程序行为是可控的。如果用户想要立即完成某项工作，可以直接在用户态下进行。但是，如果想要通过内核从系统中创建一个新的线程，就需要使用系统调用，让内核来执行这一操作。然而，我们无法确定内核当前正在处理多少其他任务。例如，如果你希望柜台工作人员帮你存钱，但前面可能有很多人正在排队等待服务。因此，当我们使用系统调用来执行内核代码时，无法确切知道内核将执行哪些具体操作，这使得整个过程相对"不可控"。

3.标准库中的线程池

       在Java标准库中，也有现成的线程池，可以直接进行使用，下面这个代码是指，创建一个线程池,池子里现成数目固定为10个。

    public static void main(String[] args) {
        //创建一个线程池,池子里现成数目固定为10个
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);
        
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            int n = i;
            pool.submit(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("hello" + n);
                }
            });
        }
    }

ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);

       在这个例子中，我们使用了`newFixedThreadPool()`方法创建了一个固定大小的线程池。这种设计模式被称为"工厂模式"。

       线程池提供了一个重要的方法`submit`，可以用来向线程池提交多个任务。当我们运行这段代码时，会发现主线程已经结束，但是线程池中的线程仍然在运行，这是因为这些线程都是前台线程，它们会阻止线程池的关闭。

       需要注意的是，这里我们向线程池提交了1000个任务，这些任务将被10个线程平均分配。每个线程大约执行100个任务，但由于每个任务执行时间相近，因此每个线程处理的任务数量也大致相同。可以认为这1000个任务被放入一个队列中，10个线程依次从队列中取出任务并执行。

int n = i;

       这里需要再定义一个变量n，而不是直接使用i的原因是变量捕获。

       在主线程中，i是一个局部变量，当主线程的for循环结束时，i将被销毁。然而，有可能主线程的for循环结束，但当前的run任务尚未在线程池中执行。

       为了避免作用域差异导致后续执行run方法时i已经销毁，我们需要进行变量捕获，即将主线程中的i值传递给当前run方法所在的线程。这样，即使主线程的i被销毁，run方法仍然可以访问到正确的值。

       在Java中，Lambda表达式和匿名内部类都可以捕获外部作用域中的变量。对于JDK 1.8之前的版本，只能捕获被final修饰的局部变量或者实例变量。这是因为这些变量一旦初始化后就不能改变，所以它们可以在Lambda表达式或匿名内部类中使用而不会引发线程安全问题。

       然而，从JDK 1.8开始，Java引入了一个新的特性叫做"effectively final"。这个特性允许我们在Lambda表达式或匿名内部类中捕获那些实际上没有被修改过的变量。换句话说，即使变量没有被明确地声明为final，只要它在Lambda表达式或匿名内部类中没有被修改过，就可以被捕获。

4.实现自定义线程池

这里的实现自定义线程池比较简单，不多过于赘述。

class MyThreadPool {
    private BlockingQueue<Runnable> queue = new LinkedBlockingDeque<>();

    //n表示线程数量
    public MyThreadPool(int n) {
        //在这里创建线程
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(() -> {
                while (true) {
                    try {
                        Runnable runnable = queue.take();
                        runnable.run();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
            t.start();
        }
    }

    //注册任务给线程池
    public void submit(Runnable runnable) {
        try {
            queue.put(runnable);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}