Java线程池核心原理
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 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 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 workthreads = new arraylist();
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 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 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 workthreads = new arraylist(); //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 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 threadpoolthread-9--->> hello threadpoolthread-5--->> hello threadpoolthread-8--->> hello threadpoolthread-4--->> hello threadpoolthread-1--->> hello threadpoolthread-2--->> hello threadpoolthread-5--->> hello threadpoolthread-9--->> hello threadpoolthread-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。
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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 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 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 workthreads = new arraylist();
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 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 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 workthreads = new arraylist(); //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 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 threadpoolthread-9--->> hello threadpoolthread-5--->> hello threadpoolthread-8--->> hello threadpoolthread-4--->> hello threadpoolthread-1--->> hello threadpoolthread-2--->> hello threadpoolthread-5--->> hello threadpoolthread-9--->> hello threadpoolthread-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。
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