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。
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。
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。
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。
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。
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>();
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();
}
}
}
}
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));
}
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();
}
}
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。
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。
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~~
冰河从一名普通程序员,短短几年时间,一路进阶成长为大厂高级技术专家,一直致力于分布式系统架构、微服务、分布式数据库、分布式事务与大数据技术的研究。在高并发、高可用、高可扩展性、高可维护性和大数据等领域拥有丰富的架构经验。对Hadoop,Storm,Spark,Flink等大数据框架源码进行过深度分析,并具有丰富的实战经验。
出版过两本畅销书《海量数据处理与大数据技术实战》、《MySQL技术大全:开发、优化与运维实战》。写了一本《深入理解高并发编程》电子书全网累计下载45W+,发布了一本全网首个开源的以实战案例为背景的《冰河的渗透实战笔记》电子书,全网五星好评。写的文章多次被微信公众号官方推荐。