吃透线程池原理——40行从头写线程池前言在我们日常的编程中，并发永远是分开的不是一个开放的话题，在并发多线程中，线程池是一个无法回避的问题。多线程可以提高我们并发程序的效率，让我们不用频繁申请和释放线程，这是一个很大的开销，但是在线程池中，不需要频繁申请线程。他的主要原理是申请了线程之后，不中断，而是不断的去队列中接收任务，然后执行，重复这样的操作。这篇文章主要介绍线程池的原理，所以我们自己写一个非常非常简单的线程池，主要是帮助大家理解线程池的核心原理！！！线程池提供的功能先来看一个使用线程池的例子：){ExecutorServicepool=Executors.newFixedThreadPool(5);for(inti=0;i<100;i++){pool.execute(newRunnable(){@Overridepublicvoidrun(){for(inti=0;i<100;i++){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"print"+i);}}});在上面的例子中，我们使用Executors.newFixedThreadPool来生成一个线程数固定的线程池。上面的代码中，我们使用了5个线程，然后通过execute方法不断的向线程池提交任务。池中的任务队列添加任务，线程池中的线程会不断的从任务队列中取出任务，然后执行，然后继续取任务继续执行....线程执行过程为如下：while(true){Runnablerunnable=taskQueue.take();//从任务队列中取出任务runnable.run();//执行任务}根据上面提到的内容，现在我们的需求很明确了，首先我们要有一个队列用来存放我们需要的任务，然后需要开多个线程不断的从中取任务任务队列，然后执行它们，然后反复获取任务来执行操作工具。在我们前面提到的线程池实现原理中，有一个非常重要的数据结构，就是ArrayBlockingQueue阻塞队列。它是一种并发且安全的数据结构。我们先简单介绍一下如何使用这个数据结构。（如果想深入了解阻塞队列的实现原理，可以参考这篇文章JDK数组阻塞队列源码分析）我们主要使用ArrayBlockingQueue的以下两个方法：put函数，这个函数是往队列中添加数据线。我们需要了解的是，如果一个线程调用这个函数向队列中添加数据，如果此时队列已满，则需要挂起线程，如果未满，则需要向队列中添加数据队列，即数据存入数组。take函数从队列中取出数据，但是当队列为空时，需要阻塞调用该方法的线程。当队列中有数据时，可以从队列中取出数据。需要注意的是，如果一个线程被以上两个线程中的任何一个阻塞，可以通过调用对应线程的中断方法来终止该线程的执行，同时会抛出异常。下面是一段测试代码：<整数>(5);//队列容量为5Threadthread=newThread(()->{for(inti=0;i<10;i++){try{queue.put(i);System.out.println("Data"+i+"被添加到队列");}catch(InterruptedExceptione){System.out.println("发生中断异常");//如果发生中断异常，线程退出put方法将不会一直暂停return;}finally{}}});thread.start();TimeUnit.SECONDS.sleep(1);线程中断（）；}}以上代码输出结果：数据0加入队列数据1加入队列数据2加入队列数据3加入队列数据4加入队列发生中断异常的执行顺序上面的代码是：threadthread将0-4这5个数据加入到队列中，但是当第6个数据加入时，阻塞队列已满，所以thread线程在加入数据时会被阻塞，然后主线程在休息一秒后中断thread线程，然后thread线程有中断异常，然后捕获并进入catch生成代码阻塞，然后函数返回，thread线程不会一直阻塞，这在我们后面写线程池的时候很重要！！！WorkerDesign在上一篇文章中，我们提到了我们的线程需要不断的去任务队列中取出任务，然后执行。我们设计了一个Worker类来做到这一点！首先，类中必须有一个线程池任务队列，因为worker需要不断的从阻塞队列中取出任务执行。我们用一个isStopped变量来表示线程是否需要终止，即线程池是否需要关闭。如果线程池需要关闭，那么线程也应该停止。我们还需要一个变量来记录执行任务的线程，因为当我们需要关闭线程池时，我们需要等待任务队列中的所有任务完成，那么当所有任务都执行完后，队列必须是空的。而如果此时有线程去取任务，肯定会被阻塞。使用ArrayBlockingQueue的方法前面已经讲过了。我们可以使用这个线程的中断方法来中断这个线程的执行。这个线程会出现异常，然后这个线程捕获这个异常就可以退出，所以我们要知道在那个线程上执行interrupt方法！Worker实现的代码如下：importjava.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;publicclassWorkerimplementsRunnable{//用来保存任务的队列privateArrayBlockingQueuetasks;//线程的状态是否终止privatevolatilebooleanisStopped;//保存执行run方法的线程privatevolatileThreadthisThread;publicWorker(ArrayBlockingQueuetasks){//这个参数是this.tasks=从线程池传入的tasks;}@Overridepublicvoidrun(){thisThread=Thread.currentThread();while(!isStopped){try{Runnabletask=tasks.take();任务.run();}catch(InterruptedExceptione){//donothing}}}//注意其他线程调用this同时需要注意的是thisThread执行完上面的run方法后会异常//其他线程调用interrupt方法这个线程往往这样就不会一直阻塞//会判断isStopped是否为true如果为true则可以退出while循环publicvoidstop(){isStopped=true;这个线程.中断（）；//中断线程thisThread}publicbooleanisStopped(){returnisStopped;}}线程池设计首先，线程池需要能够指定有多少个线程和阻塞队列的最大长度，所以我们需要有这两个参数。线程池必须有一个队列来存储和通过提交函数任务提交。需要有一个变量来存放所有的woker，因为当线程池关闭的时候，需要停止这些worker，也就是调用worker的stop方法。需要有一个shutDown函数来表示线程池关闭。需要有一个函数可以停止所有线程的执行，因为关闭线程池就意味着停止所有线程的工作。线程池实现代码：importjava.util.ArrayList；导入java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue；publicclassMyFixedThreadPool{//用于存储任务的阻塞队列privateArrayBlockingQueuetaskQueue;//将所有线程保存在线程池中privateArrayListthreadLists;//线程池是否关闭privatebooleanisShutDown;//线程池中的线程数privateintnumThread;publicMyFixedThreadPool(inti){this(Runtime.getRuntime().availableProcessors()+1,1024);}publicMyFixedThreadPool(intnumThread,intmaxTaskNumber){this.numThread=numThread;taskQueue=newArrayBlockingQueue<>(maxTaskNumber);//创建一个阻塞队列threadLists=newArrayList<>();//把所有worker全部保存for(inti=0;i{System.out.println(Thread.currentThread().getName());//提交的任务是打印线程本身的名称});}pool.shutDown();}}上面的代码可以正常执行结束，但是输出太长这里只列出部分输出结果：ThreadPool-Thread-0ThreadPool-Thread-4ThreadPool-Thread-0ThreadPool-Thread-1ThreadPool-Thread-3ThreadPool-Thread-1ThreadPool-Thread-3ThreadPool-Thread-3ThreadPool-Thread-3ThreadPool-Thread-3ThreadPool-Thread-3ThreadPool-Thread-2ThreadPool-Thread-3ThreadPool-Thread-2ThreadPool-Thread-1ThreadPool-Thread-0ThreadPool-Thread-0ThreadPool-Thread-0ThreadPool-Thread-1ThreadPool-Thread-4从上面的输出我们可以看出线程池中只有5个线程，而这5个线程不断从队列中取出任务并执行，因为我们可以看到多次输出同一个线程的名字。小结本文主要介绍了线程池的原理，以及我们应该如何设计线程池。如何使用ArrayBlockingQueue，队列中一个非常重要的数据结构。线程池中有一个阻塞队列，用于存放所有提交给线程池的任务。所有Worker都会不断的从任务队列中取出任务并执行。线程池的shutdown方法其实更难去想怎么实现。首先，我们需要在真正关闭线程池之前完成任务队列中的所有任务，然后停止所有线程。所有任务都执行完后，有的线程可能会阻塞在take方法上（从队列中取数据的方法，如果队列为空，线程就会阻塞），幸运的是，ArrayBlockingQueue在实现的时候就考虑到了这个问题。只要其他线程调用阻塞线程的interrupt方法，该线程就可以通过捕获异常恢复执行，然后判断isStopped。如果需要停止，就会跳出while循环，这样我们就可以完成所有线程的停止操作。以上就是本文的全部内容，我是LeHung，我们下期再见！！！更多精彩内容合集可以访问项目：https://github.com/Chang-LeHu...关注公众号：一个没用的研究僧，学习更多计算机知识（Java，Python，计算机系统基础，算法和数据结构）知识。
