Java线程池详解

一、线程池初探

所谓线程池,就是将多个线程放在一个池子里面(所谓池化技术),然后需要线程的时候不是创建一个线程,而是从线程池里面获取一个可用的线程,然后执行我们的任务。线程池的关键在于它为我们管理了多个线程,我们不需要关心如何创建线程,我们只需要关系我们的核心业务,然后需要线程来执行任务的时候从线程池中获取线程。任务执行完之后线程不会被销毁,而是会被重新放到池子里面,等待机会去执行任务。

我们为什么需要线程池呢?首先一点是线程池为我们提高了一种简易的多线程编程方案,我们不需要投入太多的精力去管理多个线程,线程池会自动帮我们管理好,它知道什么时候该做什么事情,我们只要在需要的时候去获取就可以了。其次,我们使用线程池很大程度上归咎于创建和销毁线程的代价是非常昂贵的,甚至我们创建和销毁线程的资源要比我们实际执行的任务所花费的时间还要长,这显然是不科学也是不合理的,而且如果没有一个合理的管理者,可能会出现创建了过多的线程的情况,也就是在JVM中存活的线程过多,而存活着的线程也是需要销毁资源的,另外一点,过多的线程可能会造成线程过度切换的尴尬境地。

对线程池有了一个初步的认识之后,我们来看看如何使用线程池。

1.创建一个线程池
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);
2.提交任务
executorService.submit(() -> System.out.println("run"));
Future stringFuture = executorService.submit(() -> "run");
3.创建一个调度线程池
ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(1);
4.提交一个周期性执行的任务
scheduledExecutorService
.scheduleAtFixedRate(() -> System.out.println("schedule"), 0, 1, TimeUnit.SECONDS);
5.shutdown
executorService.shutdownNow();
scheduledExecutorService.shutdownNow();
可以发现使用线程池非常简单,只需要极少的代码就可以创建出我们需要的线程池,然后将我们的任务提交到线程池中去。我们只需要在结束之时记得关闭线程池就可以了。本文的重点并非在于如何使用线程池,而是试图剖析线程池的实现,比如一个调度线程池是怎么实现的?是靠什么实现的?为什么能这样实现等等问题。

二、Java线程池实现架构

Java中与线程池相关的类有下面一些:

  • Executor
  • ExecutorService
  • ScheduledExecutorService
  • ThreadPoolExecutor
  • ScheduledThreadPoolExecutor
  • Executors
    通过上面一节中的使用示例,可以发现Executors类是一个创建线程池的有用的类,事实上,Executors类的角色也就是创建线程池,它是一个工厂类,可以产生不同类型的线程池,而Executor是线程池的鼻祖类,它有两个子类是ExecutorService和ScheduledExecutorService,而ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor则是真正的线程池,我们的任务将被这两个类交由其所管理者的线程池运行,可以发现,ScheduledThreadPoolExecutor是一个集大成者类,下面我们可以看看它的类关系图:
Java线程池详解_第1张图片
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ScheduledThreadPoolExecutor的类关系图
ScheduledThreadPoolExecutor继承了ThreadPoolExecutor,ThreadPoolExecutor实现了一般的线程池,没有调度功能,而ScheduledThreadPoolExecutor继承了ThreadPoolExecutor的实现,然后增加了调度功能。

最为原始的Executor只有一个方法execute,它接受一个Runnable类型的参数,意思是使用线程池来执行这个Runnable,可以发现Executor不提供有返回值的任务。ExecutorService继承了Executor,并且极大的增强了Executor的功能,不仅支持有返回值的任务执行,而且还有很多十分有用的方法来为你提供服务,下面展示了ExecutorService提供的方法:

Java线程池详解_第2张图片
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ExecutorService提供的方法
ScheduledExecutorService继承了ExecutorService,并且增加了特有的调度(schedule)功能。关于Executor、ExecutorService和ScheduledExecutorService的关系,可以见下图:

Java线程池详解_第3张图片
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Executor、ExecutorService和ScheduledExecutorService的关系
总结一下,经过我们的调研,可以发现其实对于我们编写多线程代码来说,最为核心的是Executors类,根据我们是需要ExecutorService类型的线程池还是ScheduledExecutorService类型的线程池调用相应的工厂方法就可以了,而ExecutorService的实现表现在ThreadPoolExecutor上,ScheduledExecutorService的实现则表现在ScheduledThreadPoolExecutor上,下文将分别剖析这两者,尝试弄清楚线程池的原理。

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