简要说下线程池的任务执行机制?

news2024/9/22 9:31:34

线程池旨在通过复用一组线程来执行多项任务，以提高性能、提高资源利用率并简化线程管理。Java 中的线程池通常由 ThreadPoolExecutor 类实现。下面我将简要描述线程池的任务执行机制。

核心组成

ThreadPoolExecutor 是 Java 并发包中的核心类，其任务执行机制包括以下几个核心组成部分：

核心线程 (Core Threads)：在核心线程池大小（corePoolSize）范围内，线程池会优先启动核心线程执行任务，核心线程会始终保持存活，除非设置了 allowCoreThreadTimeOut。
最大线程 (Maximum Threads)：当任务队列满了且当前核心线程已用尽，线程池可以创建超出的线程，但最大不超过 maximumPoolSize。
任务队列 (Work Queue)：用于保存等待执行的任务。常见的队列有 LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、SynchronousQueue等。
拒绝策略 (RejectedExecutionHandler)：当任务无法执行时，会触发拒绝策略，处理新提交的任务。

执行机制

线程池的任务执行机制可以总结为以下几个步骤：

提交任务: 任务被提交到线程池。
```
threadPoolExecutor.submit(task);
```
判断核心线程:
- 如果当前运行的线程数量小于 corePoolSize，即使有空闲线程，也会新建一个核心线程来执行任务。
任务入队列:
- 如果当前运行的线程数量等于或超过 corePoolSize，则将任务加入到任务队列 workQueue。
判断最大线程和任务队列:
- 如果任务队列已满且当前运行的线程数量小于 maximumPoolSize，仍会新建线程来处理任务。
- 如果任务队列已满且当前运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize，将触发拒绝策略 handler。
执行任务:
- 空闲线程从队列中获取任务并执行。
- 核心线程会一直存活并处理任务，即使处于空闲状态。
- 非核心线程在执行完任务且超过 keepAliveTime 的空闲时间后会被终止。

状态转换

线程池的状态转换主要涉及以下几个状态：

RUNNING：接受新任务和处理队列中的任务。
SHUTDOWN：不接受新任务，但会处理队列中的任务。
STOP：不接受新任务且不处理队列中的任务，并且会中断正在进行的任务。
TIDYING：所有任务终止，workerCount 为 0，执行钩子方法 terminated。
TERMINATED：terminated 方法执行完毕状态。

详细示例

以下是一个简单示例，展示了线程池如何处理任务：

import java.util.concurrent.*;

public class ThreadPoolMechanismExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 配置参数
        int corePoolSize = 2;
        int maximumPoolSize = 4;
        long keepAliveTime = 10;
        TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS;
        BlockingQueue<Runnable> workQueue = new ArrayBlockingQueue<>(2);
        RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy();

        // 创建线程池
        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(
                corePoolSize,
                maximumPoolSize,
                keepAliveTime,
                unit,
                workQueue,
                handler);

        // 提交任务
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int taskNumber = i;
            threadPool.submit(() -> {
                try {
                    System.out.println("Task " + taskNumber + " is running by " + Thread.currentThread().getName());
                    Thread.sleep(2000); // 模拟任务执行时间
                    System.out.println("Task " + taskNumber + " is completed by " + Thread.currentThread().getName());
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            });
        }

        // 关闭线程池
        threadPool.shutdown();
        try {
            if (!threadPool.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) {
                threadPool.shutdownNow();
            }
        } catch (InterruptedException ex) {
            threadPool.shutdownNow();
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
}