【高并发】手写一款简易版的Java线程池
大家好，我是冰河~~
最近有不少小伙伴私信我说：看了我在【精通高并发系列】文章中写的深度解析线程池源码部分的文章，但是还是有些不明白线程池的实现原理。问我能不能手写一个简单的线程池，帮助读者深刻理解线程池的原理。
这不，我熬夜肝了这篇文章。
在【精通高并发系列】的文章中，我们曾经深度解析过线程池的源码，从源码层面深度解析了线程池的实现原理。
其实，源码是原理落地的最直接体现，看懂源码对于深刻理解原理有着很大的帮助。但是不少小伙伴看源码时，总觉得源码太枯燥了，看不懂。
那今天，我们就一起花10分钟手撸一个极简版的Java线程池，让小伙伴们更好的理解线程池的核心原理。
本文的整体结构如下所示。
Java线程池核心原理
看过Java线程池源码的小伙伴都知道，在Java线程池中最核心的类就是ThreadPoolExecutor，而在ThreadPoolExecutor类中最核心的构造方法就是带有7个参数的构造方法，如下所示。
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler)
各参数的含义如下所示。
- corePoolSize：线程池中的常驻核心线程数。
- maximumPoolSize：线程池能够容纳同时执行的最大线程数，此值大于等于1。
- keepAliveTime：多余的空闲线程存活时间，当空间时间达到keepAliveTime值时，多余的线程会被销毁直到只剩下corePoolSize个线程为止。
- unit：keepAliveTime的单位。
- workQueue：任务队列，被提交但尚未被执行的任务。
- threadFactory：表示生成线程池中工作线程的线程工厂，用户创建新线程，一般用默认即可。
- handler：拒绝策略，表示当线程队列满了并且工作线程大于等于线程池的最大显示数(maxnumPoolSize)时，如何来拒绝请求执行的runnable的策略。
并且Java的线程池是通过 生产者-消费者模式 实现的，线程池的使用方是生产者，而线程池本身就是消费者。
Java线程池的核心工作流程如下图所示。
手撸Java线程池
我们自己手动实现的线程池要比Java自身的线程池简单的多，我们去掉了各种复杂的处理方式，只保留了最核心的原理：线程池的使用者向任务队列中添加任务，而线程池本身从任务队列中消费任务并执行任务。
只要理解了这个核心原理，接下来的代码就简单多了。在实现这个简单的线程池时，我们可以将整个实现过程进行拆解。拆解后的实现流程为：定义核心字段、创建内部类WorkThread、创建ThreadPool类的构造方法和创建执行任务的方法。
定义核心字段
首先，我们创建一个名称为ThreadPool的Java类，并在这个类中定义如下核心字段。
- DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE：静态常量，表示默认的阻塞队列大小。
- workQueue：模拟实际的线程池使用阻塞队列来实现生产者-消费者模式。
- workThreads：模拟实际的线程池使用List集合保存线程池内部的工作线程。
核心代码如下所示。
//默认阻塞队列大小
private static final int DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE = 5;
//模拟实际的线程池使用阻塞队列来实现生产者-消费者模式
private BlockingQueue<Runnable> workQueue;
//模拟实际的线程池使用List集合保存线程池内部的工作线程
private List<WorkThread> workThreads = new ArrayList<WorkThread>();
创建内部类WordThread
在ThreadPool类中创建一个内部类WorkThread，模拟线程池中的工作线程。主要的作用就是消费workQueue中的任务，并执行任务。由于工作线程需要不断从workQueue中获取任务，所以，这里使用了while(true)循环不断尝试消费队列中的任务。
核心代码如下所示。
//内部类WorkThread，模拟线程池中的工作线程
//主要的作用就是消费workQueue中的任务，并执行
//由于工作线程需要不断从workQueue中获取任务，使用了while(true)循环不断尝试消费队列中的任务
class WorkThread extends Thread{
@Override
public void run() {
//不断循环获取队列中的任务
while (true){
//当没有任务时，会阻塞
try {
Runnable workTask = workQueue.take();
workTask.run();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
创建ThreadPool类的构造方法
这里，我们为ThreadPool类创建两个构造方法，一个构造方法中传入线程池的容量大小和阻塞队列，另一个构造方法中只传入线程池的容量大小。
核心代码如下所示。
//在ThreadPool的构造方法中传入线程池的大小和阻塞队列
public ThreadPool(int poolSize, BlockingQueue<Runnable> workQueue){
this.workQueue = workQueue;
//创建poolSize个工作线程并将其加入到workThreads集合中
IntStream.range(0, poolSize).forEach((i) -> {
WorkThread workThread = new WorkThread();
workThread.start();
workThreads.add(workThread);
});
}
//在ThreadPool的构造方法中传入线程池的大小
public ThreadPool(int poolSize){
this(poolSize, new LinkedBlockingQueue<>(DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE));
}
创建执行任务的方法
在ThreadPool类中创建执行任务的方法execute()，execute()方法的实现比较简单，就是将方法接收到的Runnable任务加入到workQueue队列中。
核心代码如下所示。
//通过线程池执行任务
public void execute(Runnable task){
try {
workQueue.put(task);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
完整源码
这里，我们给出手动实现的ThreadPool线程池的完整源代码，如下所示。
package io.binghe.thread.pool;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.stream.IntStream;
/**
* @author binghe
* @version 1.0.0
* @description 自定义线程池
*/
public class ThreadPool {
//默认阻塞队列大小
private static final int DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE = 5;
//模拟实际的线程池使用阻塞队列来实现生产者-消费者模式
private BlockingQueue<Runnable> workQueue;
//模拟实际的线程池使用List集合保存线程池内部的工作线程
private List<WorkThread> workThreads = new ArrayList<WorkThread>();
//在ThreadPool的构造方法中传入线程池的大小和阻塞队列
public ThreadPool(int poolSize, BlockingQueue<Runnable> workQueue){
this.workQueue = workQueue;
//创建poolSize个工作线程并将其加入到workThreads集合中
IntStream.range(0, poolSize).forEach((i) -> {
WorkThread workThread = new WorkThread();
workThread.start();
workThreads.add(workThread);
});
}
//在ThreadPool的构造方法中传入线程池的大小
public ThreadPool(int poolSize){
this(poolSize, new LinkedBlockingQueue<>(DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE));
}
//通过线程池执行任务
public void execute(Runnable task){
try {
workQueue.put(task);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//内部类WorkThread，模拟线程池中的工作线程
//主要的作用就是消费workQueue中的任务，并执行
//由于工作线程需要不断从workQueue中获取任务，使用了while(true)循环不断尝试消费队列中的任务
class WorkThread extends Thread{
@Override
public void run() {
//不断循环获取队列中的任务
while (true){
//当没有任务时，会阻塞
try {
Runnable workTask = workQueue.take();
workTask.run();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
没错，我们仅仅用了几十行Java代码就实现了一个极简版的Java线程池，没错，这个极简版的Java线程池的代码却体现了Java线程池的核心原理。
接下来，我们测试下这个极简版的Java线程池。
编写测试程序
测试程序也比较简单，就是通过在main()方法中调用ThreadPool类的构造方法，传入线程池的大小，创建一个ThreadPool类的实例，然后循环10次调用ThreadPool类的execute()方法，向线程池中提交的任务为：打印当前线程的名称--->> Hello ThreadPool。
整体测试代码如下所示。
package io.binghe.thread.pool.test;
import io.binghe.thread.pool.ThreadPool;
import java.util.stream.IntStream;
/**
* @author binghe
* @version 1.0.0
* @description 测试自定义线程池
*/
public class ThreadPoolTest {
public static void main(String[] args){
ThreadPool threadPool = new ThreadPool(10);
IntStream.range(0, 10).forEach((i) -> {
threadPool.execute(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->> Hello ThreadPool");
});
});
}
}
接下来，运行ThreadPoolTest类的main()方法，会输出如下信息。
Thread-0--->> Hello ThreadPool
Thread-9--->> Hello ThreadPool
Thread-5--->> Hello ThreadPool
Thread-8--->> Hello ThreadPool
Thread-4--->> Hello ThreadPool
Thread-1--->> Hello ThreadPool
Thread-2--->> Hello ThreadPool
Thread-5--->> Hello ThreadPool
Thread-9--->> Hello ThreadPool
Thread-0--->> Hello ThreadPool
至此，我们自定义的Java线程池就开发完成了。
总结
线程池的核心原理其实并不复杂，只要我们耐心的分析，深入其源码理解线程池的核心本质，你就会发现线程池的设计原来是如此的优雅。希望通过这个手写线程池的小例子，能够让你更好的理解线程池的核心原理。
好了，今天就到这儿吧，如果小伙伴们有啥问题可以在文末留言讨论，我是冰河，我们下期见~~
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