摘要：如何優(yōu)雅的使用和理解線程池線程池中你不容錯過的一些細(xì)節(jié)由于篇幅限制，本次可能會分為上下兩篇。不接受新的任務(wù)，同時等待現(xiàn)有任務(wù)執(zhí)行完畢后退出線程池。慎用方法關(guān)閉線程池，會導(dǎo)致任務(wù)丟失除非業(yè)務(wù)允許。

前言

原以為線程池還挺簡單的（平時常用，也分析過原理），這次是想自己動手寫一個線程池來更加深入的了解它；但在動手寫的過程中落地到細(xì)節(jié)時發(fā)現(xiàn)并沒想的那么容易。結(jié)合源碼對比后確實不得不佩服 Doug Lea 。

我覺得大部分人直接去看 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor 的源碼時都是看一個大概，因為其中涉及到了許多細(xì)節(jié)處理，還有部分 AQS 的內(nèi)容，所以想要理清楚具體細(xì)節(jié)并不是那么容易。

與其挨個分析源碼不如自己實現(xiàn)一個簡版，當(dāng)然簡版并不意味著功能缺失，需要保證核心邏輯一致。

所以也是本篇文章的目的：

自己動手寫一個五臟俱全的線程池，同時會了解到線程池的工作原理，以及如何在工作中合理的利用線程池。

再開始之前建議對線程池不是很熟悉的朋友看看這幾篇：

這里我截取了部分內(nèi)容，也許可以埋個伏筆（坑）。

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具體請看這兩個鏈接。

如何優(yōu)雅的使用和理解線程池 線程池中你不容錯過的一些細(xì)節(jié)

由于篇幅限制，本次可能會分為上下兩篇。

創(chuàng)建線程池

現(xiàn)在進(jìn)入正題，新建了一個 CustomThreadPool 類,它的工作原理如下：

簡單來說就是往線程池里邊丟任務(wù)，丟的任務(wù)會緩沖到隊列里；線程池里存儲的其實就是一個個的 Thread ，他們會一直不停的從剛才緩沖的隊列里獲取任務(wù)執(zhí)行。

流程還是挺簡單。

先來看看我們這個自創(chuàng)的線程池的效果如何吧：

初始化了一個核心為3、最大線程數(shù)為5、隊列大小為 4 的線程池。

先往其中丟了 10 個任務(wù)，由于阻塞隊列的大小為 4 ，最大線程數(shù)為 5 ，所以由于隊列里緩沖不了最終會創(chuàng)建 5 個線程（上限）。

過段時間沒有任務(wù)提交后（sleep）則會自動縮容到三個線程（保證不會小于核心線程數(shù)）。

構(gòu)造函數(shù)

來看看具體是如何實現(xiàn)的。

下面則是這個線程池的構(gòu)造函數(shù)：

會有以下幾個核心參數(shù)：

miniSize 最小線程數(shù)，等效于 ThreadPool 中的核心線程數(shù)。 maxSize 最大線程數(shù)。 keepAliveTime 線程保活時間。 workQueue 阻塞隊列。 notify 通知接口。

大致上都和 ThreadPool 中的參數(shù)相同，并且作用也是類似的。

需要注意的是其中初始化了一個 workers 成員變量：

    /**
     * 存放線程池
     */
    private volatile Set workers;
    
    public CustomThreadPool(int miniSize, int maxSize, long keepAliveTime,
                            TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue, Notify notify) {
       
        workers = new ConcurrentHashSet<>();
    }

workers 是最終存放線程池中運行的線程，在 j.u.c 源碼中是一個 HashSet 所以對他所有的操作都是需要加鎖。

我這里為了簡便起見就自己定義了一個線程安全的 Set 稱為 ConcurrentHashSet。

其實原理也非常簡單，和 HashSet 類似也是借助于 HashMap 來存放數(shù)據(jù)，利用其 key 不可重復(fù)的特性來實現(xiàn) set ，只是這里的 HashMap 是用并發(fā)安全的 ConcurrentHashMap 來實現(xiàn)的。

這樣就能保證對它的寫入、刪除都是線程安全的。

不過由于 ConcurrentHashMap 的 size() 函數(shù)并不準(zhǔn)確，所以我這里多帶帶利用了一個 AtomicInteger 來統(tǒng)計容器大小。

創(chuàng)建核心線程

往線程池中丟一個任務(wù)的時候其實要做的事情還蠻多的，最重要的事情莫過于創(chuàng)建線程存放到線程池中了。

當(dāng)然我們不能無限制的創(chuàng)建線程，不然拿線程池來就沒任何意義了。于是 miniSize maxSize 這兩個參數(shù)就有了它的意義。

但這兩個參數(shù)再哪一步的時候才起到作用呢？這就是首先需要明確的。

從這個流程圖可以看出第一步是需要判斷是否大于核心線程數(shù)，如果沒有則創(chuàng)建。

結(jié)合代碼可以發(fā)現(xiàn)在執(zhí)行任務(wù)的時候會判斷是否大于核心線程數(shù)，從而創(chuàng)建線程。

worker.startTask() 執(zhí)行任務(wù)部分放到后面分析。

這里的 miniSize 由于會在多線程場景下使用，所以也用 volatile 關(guān)鍵字來保證可見性。

隊列緩沖

結(jié)合上面的流程圖，第二步自然是要判斷隊列是否可以存放任務(wù)（是否已滿）。

優(yōu)先會往隊列里存放。

上至封頂

一旦寫入失敗則會判斷當(dāng)前線程池的大小是否大于最大線程數(shù)，如果沒有則繼續(xù)創(chuàng)建線程執(zhí)行。

不然則執(zhí)行會嘗試阻塞寫入隊列（j.u.c 會在這里執(zhí)行拒絕策略）

以上的步驟和剛才那張流程圖是一樣的，這樣大家是否有看出什么坑嘛？

時刻小心

從上面流程圖的這兩步可以看出會直接創(chuàng)建新的線程。

這個過程相對于中間直接寫入阻塞隊列的開銷是非常大的，主要有以下兩個原因：

創(chuàng)建線程會加鎖，雖說最終用的是 ConcurrentHashMap 的寫入函數(shù)，但依然存在加鎖的可能。 會創(chuàng)建新的線程，創(chuàng)建線程還需要調(diào)用操作系統(tǒng)的 API 開銷較大。

所以理想情況下我們應(yīng)該避免這兩步，盡量讓丟入線程池中的任務(wù)進(jìn)入阻塞隊列中。

執(zhí)行任務(wù)

任務(wù)是添加進(jìn)來了，那是如何執(zhí)行的？

在創(chuàng)建任務(wù)的時候提到過 worker.startTask() 函數(shù)：

    /**
     * 添加任務(wù)，需要加鎖
     * @param runnable 任務(wù)
     */
    private void addWorker(Runnable runnable) {
        Worker worker = new Worker(runnable, true);
        worker.startTask();
        workers.add(worker);
    }

也就是在創(chuàng)建線程執(zhí)行任務(wù)的時候會創(chuàng)建 Worker 對象，利用它的 startTask() 方法來執(zhí)行任務(wù)。

所以先來看看 Worker 對象是長啥樣的：

其實他本身也是一個線程，將接收到需要執(zhí)行的任務(wù)存放到成員變量 task 處。

而其中最為關(guān)鍵的則是執(zhí)行任務(wù) worker.startTask() 這一步驟。

    public void startTask() {
        thread.start();
    }

其實就是運行了 worker 線程自己，下面來看 run 方法。

第一步是將創(chuàng)建線程時傳過來的任務(wù)執(zhí)行（task.run）,接著會一直不停的從隊列里獲取任務(wù)執(zhí)行，直到獲取不到新任務(wù)了。 任務(wù)執(zhí)行完畢后將內(nèi)置的計數(shù)器 -1 ，方便后面任務(wù)全部執(zhí)行完畢進(jìn)行通知。 worker 線程獲取不到任務(wù)后退出，需要將自己從線程池中釋放掉（workers.remove(this)）。

從隊列里獲取任務(wù)

其實 getTask 也是非常關(guān)鍵的一個方法，它封裝了從隊列中獲取任務(wù)，同時對不需要保活的線程進(jìn)行回收。

很明顯，核心作用就是從隊列里獲取任務(wù)；但有兩個地方需要注意：

當(dāng)線程數(shù)超過核心線程數(shù)時，在獲取任務(wù)的時候需要通過保活時間從隊列里獲取任務(wù)；一旦獲取不到任務(wù)則隊列肯定是空的，這樣返回 null 之后在上文的 run() 中就會退出這個線程；從而達(dá)到了回收線程的目的，也就是我們之前演示的效果 這里需要加鎖，加鎖的原因是這里肯定會出現(xiàn)并發(fā)情況，不加鎖會導(dǎo)致 workers.size() > miniSize 條件多次執(zhí)行，從而導(dǎo)致線程被全部回收完畢。

關(guān)閉線程池

最后來談?wù)劸€程關(guān)閉的事；

還是以剛才那段測試代碼為例,如果提交任務(wù)后我們沒有關(guān)閉線程，會發(fā)現(xiàn)即便是任務(wù)執(zhí)行完畢后程序也不會退出。

從剛才的源碼里其實也很容易看出來，不退出的原因是 Worker 線程一定還會一直阻塞在 task = workQueue.take(); 處，即便是線程縮容了也不會小于核心線程數(shù)。

通過堆棧也能證明：

恰好剩下三個線程阻塞于此處。

而關(guān)閉線程通常又有以下兩種：

立即關(guān)閉：執(zhí)行關(guān)閉方法后不管現(xiàn)在線程池的運行狀況，直接一刀切全部停掉，這樣會導(dǎo)致任務(wù)丟失。 不接受新的任務(wù)，同時等待現(xiàn)有任務(wù)執(zhí)行完畢后退出線程池。

立即關(guān)閉

我們先來看第一種立即關(guān)閉：

    /**
     * 立即關(guān)閉線程池，會造成任務(wù)丟失
     */
    public void shutDownNow() {
        isShutDown.set(true);
        tryClose(false);
    }
    
    /**
     * 關(guān)閉線程池
     *
     * @param isTry true 嘗試關(guān)閉      --> 會等待所有任務(wù)執(zhí)行完畢
     *              false 立即關(guān)閉線程池--> 任務(wù)有丟失的可能
     */
    private void tryClose(boolean isTry) {
        if (!isTry) {
            closeAllTask();
        } else {
            if (isShutDown.get() && totalTask.get() == 0) {
                closeAllTask();
            }
        }

    }

    /**
     * 關(guān)閉所有任務(wù)
     */
    private void closeAllTask() {
        for (Worker worker : workers) {
            //LOGGER.info("開始關(guān)閉");
            worker.close();
        }
    }
    
    public void close() {
        thread.interrupt();
    }

很容易看出，最終就是遍歷線程池里所有的 worker 線程挨個執(zhí)行他們的中斷函數(shù)。

我們來測試一下：

可以發(fā)現(xiàn)后面丟進(jìn)去的三個任務(wù)其實是沒有被執(zhí)行的。

完事后關(guān)閉

而正常關(guān)閉則不一樣：

    /**
     * 任務(wù)執(zhí)行完畢后關(guān)閉線程池
     */
    public void shutdown() {
        isShutDown.set(true);
        tryClose(true);
    }

他會在這里多了一個判斷，需要所有任務(wù)都執(zhí)行完畢之后才會去中斷線程。

同時在線程需要回收時都會嘗試關(guān)閉線程：

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來看看實際效果：

回收線程

上文或多或少提到了線程回收的事情，其實總結(jié)就是以下兩點：

一旦執(zhí)行了 shutdown/shutdownNow 方法都會將線程池的狀態(tài)置為關(guān)閉狀態(tài)，這樣只要 worker 線程嘗試從隊列里獲取任務(wù)時就會直接返回空，導(dǎo)致 worker 線程被回收。 一旦線程池大小超過了核心線程數(shù)就會使用保活時間來從隊列里獲取任務(wù)，所以一旦獲取不到返回 null 時就會觸發(fā)回收。

但如果我們的隊列足夠大，導(dǎo)致線程數(shù)都不會超過核心線程數(shù)，這樣是不會觸發(fā)回收的。

比如這里我將隊列大小調(diào)為 10 ，這樣任務(wù)就會累計在隊列里，不會創(chuàng)建五個 worker 線程。

所以一直都是 Thread-1~3 這三個線程在反復(fù)調(diào)度任務(wù)。

總結(jié)

本次實現(xiàn)了線程池里大部分核心功能，我相信只要看完并動手敲一遍一定會對線程池有不一樣的理解。

結(jié)合目前的內(nèi)容來總結(jié)下：

線程池、隊列大小要設(shè)計的合理，盡量的讓任務(wù)從隊列中獲取執(zhí)行。 慎用 shutdownNow() 方法關(guān)閉線程池，會導(dǎo)致任務(wù)丟失（除非業(yè)務(wù)允許）。 如果任務(wù)多，線程執(zhí)行時間短可以調(diào)大 keepalive 值，使得線程盡量不被回收從而可以復(fù)用線程。

同時下次會分享一些線程池的新特性，如：

執(zhí)行帶有返回值的線程。 異常處理怎么辦？ 所有任務(wù)執(zhí)行完怎么通知我？

本文所有源碼：

github.com/crossoverJi…

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