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    SiMenKouDeDaDuFo的博客:面试官: 说一下线程池内部工作原理

    作者:[db:作者] 时间:2021-07-04 18:55

    人的一生就像在攀登高峰,勤奋是你踏实稳健的双脚,信念是你指引前行的向导,勇敢是你孜孜追寻的恒心。开心日到了,愿你站稳双脚,确定方向,向着你的理想巅峰勇敢前行,不用怕,未来就在你的脚下。

    作为一名面试官,我在面试别人的时候,经常反复拿来问别人的一个问题,最近详细整理了一下,跟大家分享一下。总结的不好的地方或者有不同见解的地方欢迎大家私聊我一起探讨。

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    如果并发的线程数量很多,并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了,这样频繁创建线程就会大大降低系统的效率,因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。

    那么有没有一种办法使得线程可以复用,就是执行完一个任务,并不被销毁,而是可以继续执行其他的任务?

    在Java中可以通过线程池来达到这样的效果。今天我们就来详细讲解一下Java的线程池,首先我们从最核心的ThreadPoolExecutor类中的方法讲起,然后再讲述它的实现原理,接着给出了它的使用示例,最后讨论了一下如何合理配置线程池的大小。

    1.线程池的创建

    java.uitl.concurrent.ThreadPoolExecutor 类是线程池中最核心的一个类,通过查看源码,我们可以知道这个类继承了AbstractExecutorService 抽象类.

    下面我们来看一下ThreadPoolExecutor类中的构造方法:

    • ThreadPoolExecutor类中共有4个构造方法, 前三个构造方法其实最终调用的都是最后一个构造方法,也就是下面这个参数最全的构造方法.
    • 构造方法

    接下来我们来看一下这个构造器中,每个参数的含义分别是什么:

    • corePoolSize
      • 核心池的大小,这个参数跟后面讲述的线程池的实现原理有非常大的关系。在创建了线程池后,默认情况下,线程池中并没有任何线程,而是等待有任务到来才创建线程去执行任务,除非调用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法,从这2个方法的名字就可以看出,是预创建线程的意思,即在没有任务到来之前就创建corePoolSize个线程或者一个线程。默认情况下,在创建了线程池后,线程池中的线程数为0,当有任务来之后,就会创建一个线程去执行任务,当线程池中的线程数目达到corePoolSize后,就会把到达的任务放到缓存队列当中;
    • maximumPoolSize
      • 线程池中最大线程数,用来表示线程池中最多能创建多少个线程.
    • keepAliveTime
      • 线程的存活时间,表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。
    • 默认情况下,只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时,keepAliveTime才会起作用,直到线程池中的线程数不大于corePoolSize,即当线程池中的线程数大于corePoolSize时,如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime,则会终止,直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。但是如果调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法,在线程池中的线程数不大于corePoolSize时,keepAliveTime参数也会起作用,直到线程池中的线程数为0;
    • unit
      • 参数keepAliveTime的时间单位,有7种取值,在TimeUnit类中有7种静态属性:
        • TimeUnit.DAYS; //天
        • TimeUnit.HOURS; //小时
        • TimeUnit.MINUTES; //分钟
        • TimeUnit.SECONDS; //秒
        • TimeUnit.MILLISECONDS; //毫秒
        • TimeUnit.MICROSECONDS; //微妙
        • TimeUnit.NANOSECONDS; //纳秒
    • workQueue
      • 一个阻塞队列,用来存储等待执行的任务,这个参数的选择也很重要,会对线程池的运行过程产生重大影响,一般来说,这里的阻塞队列有以下几种选择:
        • ArrayBlockingQueue;
    • LinkedBlockingQueue;
    • SynchronousQueue;
    • threadFactory
      • 线程工厂,用来创建线程,主要是为了给线程起名字,默认工厂的线程名字 pool-1-thread-3。
    • Handler
      • 拒绝策略,当线程池里线程被耗尽,且队列也满了的时候会调用。
        • ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
        • ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy:也是丢弃任务,但是不抛出异常。
        • ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy:丢弃队列最前面的任务,然后重新尝试执行任务(重复此过程)
        • ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy:由调用线程处理该任务

    以上就是创建线程池时用到的几个参数,面试中经常会有面试官问到这些参数的含义.

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    2.线程池的工作流程

    下图为线程池的执行流程

    1. 如果当前工作线程数小于核心线程,则创建核心线程执行任务。
    2. 如果当前线程大于核心线程数则判断等待队列是否已满,如果没有满则添加任务到等待队列中去,如果工作线程数量为0则创建非核心线程,并从等待队列中拉取任务执行。
    3. 最后如果队列已满创建一个非核心线程执行任务。如果创建失败则会拒绝任务。

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    3.源码执行流程分析

    ThreadPoolExecutor是线程池的实现类,无论是自定义线程池,还是使用系统提供的线程池,都会使用到这个类.通过类的execute(Runnable command)方法来执行Runnable任务.

    1.所以我们首先来看execute方法

    1. 判断当前活跃线程数是否小于corePoolSize,如果小于,则调用addWorker创建线程执行任务
    2. 如果不小于corePoolSize,则将任务添加到workQueue队列。
    3. 如果放入workQueue失败,则创建线程执行任务,如果这时创建线程失败(当前线程数不小于maximumPoolSize时),就会调用reject(内部调用handler)拒绝接受任务。

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    2.再看下addWorker的方法实现

    在execute()方法中获知通过addWorker()方法来添加新线程,那么到底是如何添加和管理的?

    这块代码是在创建非核心线程时,即core等于false。判断当前线程数是否大于等于maximumPoolSize,如果大于等于则返回false,即上边说到的 3中创建线程失败的情况。

    创建worker对象,并将Runnable作为参数传递进去,并从worker中取出Thread对象,进行一系列条件判断后.

    开启Thread的start()方法,线程开始运行.所以worker对象中必然包含了一个Thread和一个要被执行的Runnable.

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    3.再到Worker里看看其实现

    • 每个worker,都是一条线程,同时里面包含了一个firstTask,即初始化时要被首先执行的任务.
    • 最终执行任务的,是runWorker()方法

    4.接下来咱们看看runWorker方法的逻辑

    线程调用runWoker,会while循环调用getTask方法从workerQueue里读取任务,然后执行任务。只要getTask方法不返回null,此线程就不会退出。

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    5.最后在看看getTask方法实现

    • 先不管allowCoreThreadTimeOut,这个变量默认值是false。wc>corePoolSize则是判断当前线程数是否大于corePoolSize。
    • 如果当前线程数大于corePoolSize,则会调用workQueue的poll方法获取任务,超时时间是keepAliveTime。如果超过keepAliveTime时长,poll返回了null,上边提到的while循序就会退出,线程也就执行完了。

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