线程池的线程是如何复用的

前言

进程和线程的关系相信大家都知道，这里我就不做过多的解释了，既然一个进程是由多个线程组成的，那么线程池又是由若干个线程队列组成的，在并发量比较高的情景下，我们通常会去创建线程池就执行任务，而不单一的创建多个线程去执行任务，因为线程的创建的一系列动作，是需要资源开销的，如果频繁的对线程创建销毁，其实本身是一种很浪费资源的，就更谈不上提高效率了。

一般都会创建线程池将线程统一管理，并且还会引入阻塞和非阻塞队列，接收需要排队处理的任务，但是线程池里的线程是在处理完任务就会进行销毁么，其实并不是这样的，下面我们一起来对线程池里线程是如何复用的进行分析。

使用线程池

使用线程池原因

1.复用已创建的线程，减少线程创建、销毁开销。 2.可以根据自身系统的承载能力，合理对线程池线程数量进行控制。 3.控制并发数，保护系统。

private static void creatThreadPool() throws InterruptedException {
    List<Thread> threadList = new ArrayList<>();
    long start = System.currentTimeMillis();
    log.info("创建线程池开始");
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(10);

            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, "thread" + i);
        thread.start();
        threadList.add(thread);
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1);
    }
    long end = System.currentTimeMillis();
    long needTime = end - start;
    log.info("创建100个线程所花费的时间：" + needTime + "ms");

}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    creatThreadPool();
}

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创建100个线程需要264ms，平均一个线程的创建需要2.2ms左右，线程执行任务可以只需要不到1ms，那么这样看来创建线程是不划算的。

这里除里JDK自带的四种线程池类型，简单介绍下jdk自带四种线程池。

1.newCachedThreadPool：可缓存的的无界线程池，可以自动线程回收，通常执行短期异步的任务。

2.newFixThreadPool：固定数量的线程池，控制并发数。

3.newSingleThreadPool：单线程工作的线程池，所有任务按照FIFO先进先出的原则执行。

4.newScheduleThreadPool：可定期执行的线程池，可指定执行时间和执行次数。

通常情况下，在阿里的开发手册上写不推荐使用Executors创建线程，也就是线程池的顶级接口，jdk自带的线程池创建的时候是没有核心线程数的，不断的创建对象，那么就会存在内存溢出的风险。

线程池的工作流程

一般创建线程池还是使用ThreadPoolExecutor创建，它的上接口是ExecutorService，所有说真正创建线程池是用ExecutorService创建。 7大核心参数这里就不多说了，直接说线程池的工作流程。

1.首先当运行的线程池<corePoolSize（核心线程数），就会创建线程执行这个任务

2.线程池线程数> corePoolSize（核心线程数），任务放入队列。

3.队列已满，当前运行的线程数<MaxImumPoolSize（最大线程数），创建非核心线程数执行任务，如果运行的线程数> MaxImumPoolSize（最大线程数），使用Handler拒绝策略，当然不能丢弃任务，一般使用CallerRunsPolicy使用调用线程执行任务。

4.当前线程不需要执行任务，也不能让它一直存在着占用资源，超出keepAliveTime，运行线程数> corePoolSize，这线程会被回收掉，这样做主要是控制核心线程里线程数量。

线程复用

首先看ThreadPoolExecutor源码，execute线程池执行入口

   public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();

     //当前线程数小于核心线程数
        int c = ctl.get();
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }
    //加入等待队列里排队处理
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            int recheck = ctl.get(); 
     //检查工作线程停止工作是否需要移除，触发拒绝策略
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
     //二次检查
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                addWorker(null, false);
        }
     //无法提交线程则触发拒绝策略
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }
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这里看到每个if判断里都存在addWorker方法，那么这个方法肯定是线程是否复用的重点，

Worker w = null;
try {

    //将任务放到Worker工作线程里面，
    w = new Worker(firstTask);
    final Thread t = w.thread;
    if (t != null) {
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            // Recheck while holding lock.
            // Back out on ThreadFactory failure or if
            // shut down before lock acquired.
            int rs = runStateOf(ctl.get());

            if (rs < SHUTDOWN ||
                (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
                    throw new IllegalThreadStateException();
        //hashset 集合里存放 Worker对象
                workers.add(w);
                int s = workers.size();
                if (s > largestPoolSize)
                    largestPoolSize = s;
                workerAdded = true;
            }
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        if (workerAdded) {
            t.start();
            workerStarted = true;
        }
    }
} finally {
    if (! workerStarted)
        addWorkerFailed(w);
}
return workerStarted;

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Worker是个final修饰的内部类，意味着不能被其他类继承，那么线程复用只能在这一个类里面进行，接着看Worker的run方法里面执行的runWorker方法，这个是线程复用的核心方法。

final void runWorker(Worker w) {
    Thread wt = Thread.currentThread();
   //获取线程里面执行的任务
    Runnable task = w.firstTask;
    w.firstTask = null;
    w.unlock(); // allow interrupts
    boolean completedAbruptly = true;
    try {
       //如果任务不为空  || 重新拿取线程里的任务
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {
            w.lock();
            // If pool is stopping, ensure thread is interrupted;
            // if not, ensure thread is not interrupted.  This
            // requires a recheck in second case to deal with
            // shutdownNow race while clearing interrupt
           //判断线程的状态，并执行对应的拒绝策略
            if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                 (Thread.interrupted() &&
                  runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                !wt.isInterrupted())
                wt.interrupt();
            try {
                beforeExecute(wt, task);
                Throwable thrown = null;
                try {
                    task.run();
                } catch (RuntimeException x) {
                    thrown = x; throw x;
                } catch (Error x) {
                    thrown = x; throw x;
                } catch (Throwable x) {
                    thrown = x; throw new Error(x);
                } finally {
                    afterExecute(task, thrown);
                }
            } finally {
                task = null;
                w.completedTasks++;
                w.unlock();
            }
        }
        completedAbruptly = false;
    } finally {
        processWorkerExit(w, completedAbruptly);
    }

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getTask方法重新拿取线程里的任务，前面一系列的判断主要是来检查线程的状态，以及线程池线程的数量，其核心主要是线程数量是否超过了核心线程数，如果超过了则会进入workQueue工作队列，workQueue.poll非核心线程会一直去工作队列里获取任务，非核心线程已经满了，则会workQueue.take()核心线程去获取任务，前面的runWorker方法是有while循环的，这样就会一直执行下去，循环拿取任务，如果这个时候工作队列里面没有队列，超过keepAliveTime线程存活时间还没有拿到任务，则会对对应线程进行销毁。

private Runnable getTask() {
    boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?

    for (;;) {
        int c = ctl.get();
        int rs = runStateOf(c);

        // Check if queue empty only if necessary.
        if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
            decrementWorkerCount();
            return null;
        }

        int wc = workerCountOf(c);

        // Are workers subject to culling?
        boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;

        if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
            && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
            if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
                return null;
            continue;
        }

        try {
            Runnable r = timed ?
                workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
                workQueue.take();
            if (r != null)
                return r;
            timedOut = true;
        } catch (InterruptedException retry) {
            timedOut = false;
        }
    }
}

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总结

在日常开发中，对线程池的优化也是比较重要的，如果线程池的核心线程数和最大线程数都不是随意定义的，还是要结合本身服务器cpu的情况，以及阻塞队列的使用，在一定情况下能缓解线程的压力，本身阻塞队列是带有阻塞和唤醒的功能，阻塞队列的长度也是需要根据实际开大的业务场景去定义的，最后运用好线程池，在处理高并发的业务场景下还是尤为关键的一项技术。