Java线程池原理与源码详细解读，再也不怕面试问线程池了

喜欢ヅ旅行 2024-04-08 10:53 71阅读 0赞

### 线程池 ###

“线程池”，顾名思义就是一个线程缓存，线程是稀缺资源，如果被无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，因此Java中提供线程池对线程进行统一分配、调优和监控。

### 线程池介绍 ###

在web开发中，服务器需要接受并处理请求，所以会为一个请求来分配一个线程来进行处理。如果每次请求都新创建一个线程的话实现起来非常简便，但是存在一个问题：

如果并发的请求数量非常多，但每个线程执行的时间很短，这样就会频繁的创建和销毁线程，如此一来会大大降低系统的效率。可能出现服务器在为每个请求创建新线程和销毁线程上花费的时间和消耗的系统资源要比处理实际的用户请求的时间和资源更多。

那么有没有一种办法使执行完一个任务，并不被销毁，而是可以继续执行其他的任务呢？

这就是线程池的目的了。线程池为线程生命周期的开销和资源不足问题提供了解决方案。通过对多个任务重用线程，线程创建的开销被分摊到了多个任务上。

#### 什么时候使用线程池？ ####

*  单个任务处理时间比较短
 *  需要处理的任务数量很大

#### 线程池优势 ####

*  重用存在的线程，减少线程创建，消亡的开销，提高性能
 *  提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
 *  提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

### 线程的实现方式 ###

Runnable,Thread,Callable
    
    // 实现Runnable接口的类将被Thread执行，表示一个基本的任务
    
    public interface Runnable {
    
    // run方法就是它所有的内容，就是实际执行的任务
    
    public abstract void run();
    
    }
    
    //Callable同样是任务，与Runnable接口的区别在于它接收泛型，同时它执行任务后带有返回内容
    
    public interface Callable<V> {
    
    // 相对于run方法的带有返回值的call方法
    
    V call() throws Exception;
    
    }
    复制代码

### Executor框架 ###

Executor接口是线程池框架中最基础的部分，定义了一个用于执行Runnable的execute方法。

下图为它的继承与实现

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从图中可以看出Executor下有一个重要子接口ExecutorService，其中定义了线程池的具体行为

1，execute（Runnable command）：履行Ruannable类型的任务,

2，submit（task）：可用来提交Callable或Runnable任务，并返回代表此任务的Future对象

3，shutdown（）：在完成已提交的任务后封闭办事，不再接管新任务,

4，shutdownNow（）：停止所有正在履行的任务并封闭办事。

5，isTerminated（）：测试是否所有任务都履行完毕了。

6，isShutdown（）：测试是否该ExecutorService已被关闭。

### 线程池重点属性 ###

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
    
    private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
    
    private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1;
    复制代码

ctl 是对线程池的运行状态和线程池中有效线程的数量进行控制的一个字段， 它包含两部分的信息: 线程池的运行状态 (runState) 和线程池内有效线程的数量 (workerCount)，这里可以看到，使用了Integer类型来保存，高3位保存runState，低29位保存workerCount。COUNT\_BITS 就是29，CAPACITY就是1左移29位减1（29个1），这个常量表示workerCount的上限值，大约是5亿。

ctl相关方法

private static int runStateOf(int c) { return c & ~CAPACITY; }
    
    private static int workerCountOf(int c) { return c & CAPACITY; }
    
    private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }
    复制代码

*  runStateOf：获取运行状态；
 *  workerCountOf：获取活动线程数；
 *  ctlOf：获取运行状态和活动线程数的值。

线程池存在5种状态

RUNNING = -1 << COUNT_BITS; //高3位为111
    
    SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS; //高3位为000
    
    STOP = 1 << COUNT_BITS; //高3位为001
    
    TIDYING = 2 << COUNT_BITS; //高3位为010
    
    TERMINATED = 3 << COUNT_BITS; //高3位为011
    复制代码

#### 1、RUNNING ####

(1) 状态说明：线程池处在RUNNING状态时，能够接收新任务，以及对已添加的任务进行处理。

(02) 状态切换：线程池的初始化状态是RUNNING。换句话说，线程池被一旦被创建，就处于RUNNING状态，并且线程池中的任务数为0！

#### 2、 SHUTDOWN ####

(1) 状态说明：线程池处在SHUTDOWN状态时，不接收新任务，但能处理已添加的任务。

(2) 状态切换：调用线程池的shutdown()接口时，线程池由RUNNING -> SHUTDOWN。

#### 3、STOP ####

(1) 状态说明：线程池处在STOP状态时，不接收新任务，不处理已添加的任务，并且会中断正在处理的任务。

(2) 状态切换：调用线程池的shutdownNow()接口时，线程池由(RUNNING or SHUTDOWN ) -> STOP。

#### 4、TIDYING ####

(1) 状态说明：当所有的任务已终止，ctl记录的”任务数量”为0，线程池会变为TIDYING状态。当线程池变为TIDYING状态时，会执行钩子函数terminated()。terminated()在ThreadPoolExecutor类中是空的，若用户想在线程池变为TIDYING时，进行相应的处理；可以通过重载terminated()函数来实现。

(2) 状态切换：当线程池在SHUTDOWN状态下，阻塞队列为空并且线程池中执行的任务也为空时，就会由 SHUTDOWN -> TIDYING。 当线程池在STOP状态下，线程池中执行的任务为空时，就会由STOP -> TIDYING。

#### 5、 TERMINATED ####

(1) 状态说明：线程池彻底终止，就变成TERMINATED状态。

(2) 状态切换：线程池处在TIDYING状态时，执行完terminated()之后，就会由 TIDYING -> TERMINATED。

进入TERMINATED的条件如下：

*  线程池不是RUNNING状态；
 *  线程池状态不是TIDYING状态或TERMINATED状态；
 *  如果线程池状态是SHUTDOWN并且workerQueue为空；
 *  workerCount为0；
 *  设置TIDYING状态成功。

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### 线程池的具体 ###

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