多线程学习-线程池使用

半夏之沫

前言

线程池是Java中使用较多的并发框架,合理使用线程池,可以:降低资源消耗提高响应速度提高线程的可管理性。本篇文章为《Java并发编程的艺术》第9章的学习笔记,根据原文作者的编写思路,依次对线程池的原理线程池的创建线程池执行任务关闭线程池进行了学习和总结。最后会给出一个线程池的实现案例,该案例为之前在某微信公众号上看到的线程池实现实战,已经无法考究其出处,原案例对于线程池的关闭存在缺陷,我对其进行了一些修正和说明,分享出来一起学习。

正文

一. 线程池的原理

当一个任务提交到线程池ThreadPoolExecutor时,该任务的执行如下图所示。

  1. 如果当前运行的线程数小于corePoolSzie(核心线程数),则创建新线程来执行任务(需要获取全局锁);
  2. 如果当前运行的线程数等于或大于corePoolSzie,则将任务加入BlockingQueue(任务阻塞队列);
  3. 如果BlockingQueue已满,则创建新的线程来执行任务(需要获取全局锁);
  4. 如果创建新线程会使当前线程数大于maximumPoolSize(最大线程数),则拒绝任务并调用RejectedExecutionHandlerrejectedExecution()方法。

由于ThreadPoolExecutor存储工作线程使用的集合是HashSet,因此执行上述步骤1和步骤3时需要获取全局锁来保证线程安全,而获取全局锁会导致线程池性能瓶颈,因此通常情况下,线程池完成预热后(当前线程数大于等于corePoolSize),线程池的execute()方法都是执行步骤2。

二. 线程池的创建

通过ThreadPoolExecutor能够创建一个线程池,ThreadPoolExecutor的构造函数签名如下。

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue)

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory)
                          
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          RejectedExecutionHandler handler)
                          
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler)

通过ThreadPoolExecutor创建线程池时,需要指定线程池的核心线程数最大线程数线程保活时间线程保活时间单位任务阻塞队列,并按需指定线程工厂饱和拒绝策略,如果不指定线程工厂饱和拒绝策略,则ThreadPoolExecutor会使用默认的线程工厂饱和拒绝策略。下面分别介绍这些参数的含义。

参数含义
corePoolSize核心线程数,即线程池的基本大小。当一个任务被提交到线程池时,如果线程池的线程数小于corePoolSize,那么无论其余线程是否空闲,也需创建一个新线程来执行任务。
maximumPoolSize最大线程数。当线程池中线程数大于等于corePoolSize时,新提交的任务会加入任务阻塞队列,但是如果任务阻塞队列已满且线程数小于maximumPoolSize,此时会继续创建新的线程来执行任务。该参数规定了线程池允许创建的最大线程数
keepAliveTime线程保活时间。当线程池的线程数大于核心线程数时,多余的空闲线程会最大存活keepAliveTime的时间,如果超过这个时间且空闲线程还没有获取到任务来执行,则该空闲线程会被回收掉。
unit线程保活时间单位。通过TimeUnit指定线程保活时间的时间单位,可选单位有DAYS(天),HOURS(时),MINUTES(分),SECONDS(秒),MILLISECONDS(毫秒),MICROSECONDS(微秒)和NANOSECONDS(纳秒),但无论指定什么时间单位,ThreadPoolExecutor统一会将其转换为NANOSECONDS
workQueue任务阻塞队列。线程池的线程数大于等于corePoolSize时,新提交的任务会添加到workQueue中,所有线程执行完上一个任务后,会循环从workQueue中获取任务来执行。
threadFactory创建线程的工厂。可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字。
handler饱和拒绝策略。如果任务阻塞队列已满且线程池中的线程数等于maximumPoolSize,说明线程池此时处于饱和状态,应该执行一种拒绝策略来处理新提交的任务。

三. 线程池执行任务

线程池使用两个方法执行任务,分别为execute()submit()execute()方法用于执行不需要返回值的任务,submit()方法用于执行需要返回值的任务。execute()是接口Executor定义的方法,submit()是接口ExecutorService定义的方法,相关类图如下所示。

ThreadPoolExecutorexecute()的实现如下。

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    int c = ctl.get();
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
}

AbstractExecutorServicesubmit()实现如下。

public Future<?> submit(Runnable task) {
    if (task == null) throw new NullPointerException();
    RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
    execute(ftask);
    return ftask;
}

public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {
    if (task == null) throw new NullPointerException();
    RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task, result);
    execute(ftask);
    return ftask;
}

public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
    if (task == null) throw new NullPointerException();
    RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
    execute(ftask);
    return ftask;
}

execute()方法中会根据当前线程数决定是新建线程来处理任务还是添加任务到任务阻塞队列中,而在submit()方法中是将任务封装成RunnableFuture然后再调用execute()方法。

四. 关闭线程池

可以通过调用线程池的shutdown()或者shutdownNow()方法来关闭线程池。

shutdown()方法会将线程池状态置为SHUTDOWN,此时线程池不会再接收新提交的任务,空闲的线程会被中断,当正在被执行的任务和任务阻塞队列中的任务执行完后线程池才会安全的关闭掉。

shutdownNow()方法会将线程池状态置为STOP,此时线程池不会再接收新提交的任务,所有线程会被中断,任务阻塞队列中的任务不再执行(这些任务会以列表形式返回),正在执行中的任务也会被尝试停止。

补充:上述中的空闲线程可以理解为正在从任务阻塞队列中获取任务的线程,即没有在执行任务的线程。

五. 线程池实现实战

ThreadPoolExecutor中,存储Worker(工作线程)的集合为HashSet,因此每次对Worker集合做操作时需要获取全局锁。在本线程池实现的实战中,将基于ConcurrentHashMap实现一个ConcurrentHashSet并作为存储Worker的集合。实现如下。

public class ConcurrentHashSet<T> extends AbstractSet<T> {

    private final ConcurrentHashMap<T, Object> MAP = new ConcurrentHashMap<>();

    //无实际意义,用于和Worker组成键值对存入ConcurrentHashMap
    private final Object PRESENT = new Object();

    //用于统计当前集合中的Worker数量
    private final AtomicInteger COUNT = new AtomicInteger();

    @Override
    public boolean add(T t) {
        COUNT.incrementAndGet();
        return MAP.put(t, PRESENT) == null;
    }

    @Override
    public boolean remove(Object o) {
        COUNT.decrementAndGet();
        return MAP.remove(o) == PRESENT;
    }

    @Override
    public Iterator<T> iterator() {
        return MAP.keySet().iterator();
    }

    @Override
    public int size() {
        return COUNT.get();
    }

}

再看一下ThreadPool的字段。

public class ThreadPool {

    //全局锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    //核心线程数量
    private final int coreSize;

    //最大线程数量
    private final int maxSize;

    //线程存活保持时间
    private final long keepAliveTime;

    //线程存活保持时间单位
    private final TimeUnit unit;

    //任务阻塞队列
    private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;

    //线程工厂
    private volatile ThreadFactory threadFactory;

    //拒绝策略
    private volatile RejectedExecutionHandler handler;

    //存放线程池中的线程的集合
    private final Set<Worker> workers = new ConcurrentHashSet<>();

    //线程池是否安全关闭标志
    private final AtomicBoolean shutDown = new AtomicBoolean(false);

    //线程池是否强制关闭标志
    private final AtomicBoolean shutDownNow = new AtomicBoolean(false);

    //提交到线程池中的任务总数
    private final AtomicInteger taskNum = new AtomicInteger();

    ......
    
    /**
     * 获取线程工厂
     */
    public ThreadFactory getThreadFactory() {
        return threadFactory;
    }

    /**
     * 更新线程池的拒绝策略
     * @param handler 拒绝策略
     */
    public void setRejectedExecutionHandler(RejectedExecutionHandler handler) {
        if (handler == null) {
            throw new NullPointerException();
        }
        this.handler = handler;
    }

    /**
     * 更新线程池的线程工厂
     * @param threadFactory 线程池
     */
    public void setThreadFactory(ThreadFactory threadFactory) {
        if (threadFactory == null) {
            throw new NullPointerException();
        }
        this.threadFactory = threadFactory;
    }
    
    ......
    
}

由于本实战仅需要实现线程池的基本简单功能,因此核心线程数量,最大线程数量,线程保活时间和线程保活时间单位一经指定,便无法再被修改。再看一下构造函数。

public class ThreadPool {

    ......

    /**
     * 创建线程池,并使用默认的拒绝策略和线程工厂
     * @param coreSize 核心线程数
     * @param maxSize 最大线程数
     * @param keepAliveTime 线程保活时间
     * @param unit 线程保活时间单位
     * @param workQueue 任务阻塞队列
     */
    public ThreadPool(int coreSize, int maxSize, int keepAliveTime,
                      TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        this.coreSize = coreSize;
        this.maxSize = maxSize;
        this.keepAliveTime = keepAliveTime;
        this.unit = unit;
        this.workQueue = workQueue;
        threadFactory = Executors.defaultThreadFactory();
        handler = new AbortPolicy();
    }

    /**
     * 创建线程池,并使用默认的拒绝策略
     * @param coreSize 核心线程数
     * @param maxSize 最大线程数
     * @param keepAliveTime 线程保活时间
     * @param unit 线程保活时间单位
     * @param workQueue 任务阻塞队列
     * @param threadFactory 线程工厂
     */
    public ThreadPool(int coreSize, int maxSize, int keepAliveTime,
                      TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                      ThreadFactory threadFactory) {
        this.coreSize = coreSize;
        this.maxSize = maxSize;
        this.keepAliveTime = keepAliveTime;
        this.unit = unit;
        this.workQueue = workQueue;
        this.threadFactory = threadFactory;
        handler = new AbortPolicy();
    }

    /**
     * 创建线程池
     * @param coreSize 核心线程数
     * @param maxSize 最大线程数
     * @param keepAliveTime 线程保活时间
     * @param unit 线程保活时间单位
     * @param workQueue 任务阻塞队列
     * @param threadFactory 线程工厂
     * @param handler 拒绝策略
     */
    public ThreadPool(int coreSize, int maxSize, int keepAliveTime,
                      TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                      ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) {
        this.coreSize = coreSize;
        this.maxSize = maxSize;
        this.keepAliveTime = keepAliveTime;
        this.unit = unit;
        this.workQueue = workQueue;
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }
    
    ......
    
}

提供了三个构造函数,和ThreadPoolExecutor类似,核心线程数量,最大线程数量,线程保活时间,线程保活时间单位和任务阻塞队列需要用户指定。下面看一下submit()方法和execute()方法。

public class ThreadPool {

    ......

    /**
     * 执行有返回值的任务
     * @param callable 需要执行的任务,有返回值
     */
    public <T> Future<T> submit(Callable<T> callable) {
        if (callable == null) {
            throw new NullPointerException();
        }
        FutureTask<T> futureTask = new FutureTask<>(callable);
        execute(futureTask);
        return futureTask;
    }

    /**
     * 执行无返回值的任务
     * @param runnable 需要执行的任务,无返回值
     */
    public void execute(Runnable runnable) {
        if (runnable == null) {
            throw new NullPointerException();
        }
        //调用了shutDown()或者shutDownNow()方法后,此时线程池不接受新任务
        if (shutDown.get() || shutDownNow.get()) {
            return;
        }
        //任务总数加一
        taskNum.incrementAndGet();
        //如果当前线程数小于核心线程数,创建Worker(线程)并执行任务
        if (workers.size() < coreSize) {
            addWorker(runnable);
            return;
        }
        //如果当前线程数大于等于核心线程数,则将任务加入任务阻塞队列
        //如果任务阻塞队列已满,则offer()方法返回false表示添加失败
        boolean offer = workQueue.offer(runnable);
        if (!offer) {
            //如果当前线程数小于最大线程数,则创建Worker来执行任务
            if (workers.size() < maxSize) {
                addWorker(runnable);
            } else {
                //如果当前线程数大于等于最大线程数,则执行拒绝策略,并且任务总数减一
                taskNum.decrementAndGet();
                handler.rejectedExecution(runnable, this);
            }
        }
    }
    
    private void addWorker(Runnable runnable) {
        Worker worker = new Worker(runnable);
        workers.add(worker);
        worker.getThread().start();
    }
    
    ......

}

ThreadPoolexecute()方法遵循第一小节中总结的线程池接收到一个新任务时的判断策略。addWorker()方法会创建一个Worker对象,然后将其添加到Worker集合中,由于使用了实现的线程安全的ConcurrentHashSet作为Worker集合,因此该步骤不需要获取全局锁。Worker类是ThreadPool的内部类,其实现如下。

public class ThreadPool {

    ......

    private final class Worker implements Runnable {

        //要运行的初始任务(创建Worker时传入的任务)
        private final Runnable firstTask;

        //线程(通过线程工厂创建)
        private final Thread thread;

        public Worker(Runnable task) {
            firstTask = task;
            thread = getThreadFactory().newThread(this);
        }

        public Thread getThread() {
            return thread;
        }

        public void close() {
            thread.interrupt();
        }

        @Override
        public void run() {
            //创建Worker时会先执行初始任务
            Runnable task = firstTask;
            try {
                //如果task为空,则从任务阻塞队列中获取任务
                while (task != null || (task = getTask()) != null) {
                    try {
                        //执行任务
                        task.run();
                    } finally {
                        //每次任务执行完毕,会将task置为null,然后循环从任务阻塞队列中获取任务
                        task = null;
                        taskNum.decrementAndGet();
                    }
                }
            }  finally {
                //从任务阻塞队列中获取任务为null时会跳出while循环并执行这里的释放线程逻辑
                if (workers.remove(this)) {
                    //用于调用shutDown()方法后安全的关闭线程池
                    tryClose();
                }
            }
        }

    }
    
    ......

}

Worker有两个字段:firstTaskthread。其中firstTask会被赋值为创建Worker时传入的任务,表示Worker的初始任务,因此一个Worker总是会先执行初始任务,然后再去从任务阻塞队列中获取任务。thread会在创建Worker时通过线程工厂创建,并且thread执行的任务为Worker自身(因为Worker实现了Runnable接口,Worker自身也是一个任务)。在创建Worker后,Worker中的线程thread便会启动,从而会执行Workerrun()方法,run()方法的实现思路为先执行初始任务,然后循环调用ThreadPoolgetTask()方法从任务阻塞队列中获取任务,如果获取任务失败(超过了线程保活时间/线程被中断)则退出循环并执行释放Worker的逻辑。

下面看一下getTask()方法的实现。

public class ThreadPool {

    ......

    private Runnable getTask() {
        Runnable task;
        //如果强制关闭标志为true,则不再从任务阻塞队列中获取任务
        //如果安全关闭标志为true,且任务全部执行完,则不再从任务阻塞队列中获取任务
        if (shutDownNow.get() || (shutDown.get() && taskNum.get() == 0)) {
            return null;
        }
        try {
            //同一时间只能有一个线程从任务阻塞队列中获取任务,其余线程进入阻塞状态
            lock.lockInterruptibly();
            if (workers.size() > coreSize) {
                //如果当前线程数大于核心线程数,则线程从任务阻塞队列中获取任务时最多等待线程保活的时间,超时则返回null
                task = workQueue.poll(keepAliveTime, unit);
                if (task == null) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " time out");
                }
            } else {
                //如果当前线程数小于等于核心线程数,则线程从任务阻塞队列中获取任务时会一直阻塞直到获取到任务
                task = workQueue.take();
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " interrupted");
            task = null;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
        return task;
    }
    
    ......

}

要理解getTask()方法,需要结合ThreadPoolshutDown()方法和shutDownNow()方法一起分析。其实现如下。

public class ThreadPool {

    ......

    /**
     * 安全的关闭线程池,会等待当前正在执行的任务以及任务阻塞队列中的任务执行完毕后再关闭线程池
     */
    public void shutDown() {
        shutDown.set(true);
        tryClose();
    }

    /**
     * 强制的关闭线程池,立即中断所有线程,包括正在执行任务的线程
     */
    public void shutDownNow() {
        shutDownNow.set(true);
        doClose();
    }

    private void tryClose() {
        if (shutDown.get() && taskNum.get() == 0) {
            //如果安全关闭标志为true且任务全部执行完,此时立即中断所有线程
            for (Worker worker : workers) {
                worker.close();
            }
        }
    }

    private void doClose() {
        if (shutDownNow.get()) {
            //如果强制关闭标志为true,此时立即中断所有线程
            for (Worker worker : workers) {
                worker.close();
            }
        }
    }

}

Worker通过getTask()方法从任务阻塞队列获取任务分三种情况讨论。

第一种情况shutDown()方法和shutDownNow()方法没有被调用,此时shutDownshutDownNow均为false。该种情况下Worker可以正常从任务阻塞队列中获取任务,由于使用了全局锁,所以在同一时间,只能有一个Worker能够从任务阻塞队列中获取任务,其余Worker进入阻塞状态。假如线程池的当前线程数大于核心线程数,那么获取到全局锁的Worker会阻塞在任务阻塞队列的poll()方法上,超过保活时间还没获取到任务则直接返回null,从而会释放这个Worker;假如线程池的当前线程数小于等于核心线程数,那么获取到全局锁的Worker会一直阻塞在任务阻塞队列的take()方法上直到获取到任务。

第二种情况shutDown()方法被调用,此时shutDowntrue。如果还有未执行完的任务,那么Worker可以正常从任务阻塞队列获取任务,同情况一。如果任务阻塞队列没有任务且没有正在执行的任务,那么shutDown()方法调用时便会中断所有线程,在getTask()方法中阻塞的Worker会被全部唤醒并被释放掉,假如shutDown()方法调用时任务阻塞队列没有任务但是存在正在执行的任务,那么等待最后一个任务执行完后会中断所有线程,在getTask()方法中阻塞的Worker会被全部唤醒并被释放掉。

第三种情况shutDownNow()方法被调用,此时shutDownNowtrue。无论任务阻塞队列是否有任务以及无论是否有正在执行的任务,在shutDownNow()方法调用时便会中断所有线程,如果线程是阻塞在任务阻塞队列中,那么线程会被唤醒并被释放掉,如果线程正在执行任务,那么也会尝试中断线程,执行完任务或者响应中断从任务中退出的线程再次从getTask()方法获取任务时会直接获取到null(因为shutDownNowtrue),从而被释放掉。特别注意,如果某个线程执行的任务是一个死循环并且无法响应中断,那么这个线程永远不会被释放。

最后ThreadPool提供一个size()方法用于获取当前的Worker数量,该方法仅用于测试。

public int size() {
    return workers.size();
}

下面编写测试程序来测试ThreadPool

测试用例一:测试ThreadPoolshutDown()方法,创建一个ThreadPool,核心线程数为2,最大线程数为4,任务阻塞队列大小为20,创建一个固定任务为打印数字0-2,每打印一次数字睡眠1秒。首先向ThreadPool提交三个固定任务,等待4秒后执行shutDown()方法,预期的结果应该为提交的三个任务都会执行完,并且任务执行完后阻塞在任务阻塞队列中的任务会被唤醒并被释放。测试代码如下。

public class ThreadPoolTest {

    @Test
    void testThreadPool_1() {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(3);
        BlockingQueue<Runnable> workQueue = new ArrayBlockingQueue<>(20);

        ThreadPool threadPool = new ThreadPool(2,
                4, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS, workQueue);

        Runnable task = () -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 3; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
                    Thread.sleep(1000);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " interrupted from sleep");
            }
            countDownLatch.countDown();
        };

        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            threadPool.execute(task);
        }

        try {
            Thread.sleep(4000);
            threadPool.shutDown();
            Thread.sleep(3000);
            countDownLatch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }

        System.out.println("Worker size: " + threadPool.size());
        System.out.println("Task num: " + workQueue.size());
    }
    
}

测试结果如下所示。

结果表明,一开始ThreadPool分别创建了线程1和线程2来处理task1task2,然后task3被添加到了任务阻塞队列,当线程1和线程2执行完任务后,线程2获取到了全局锁,从任务阻塞队列中获取到了task3,而线程1进入阻塞状态,此时调用shutDown()方法,等待线程2执行完任务后,中断所有线程,此时线程1被唤醒然后被释放掉,最后ThreadPool中线程数量和任务数量全部为0。

测试用例二:测试ThreadPoolshutDownNow()方法,创建一个ThreadPool,核心线程数为2,最大线程数为4,任务阻塞队列大小为20,创建一个固定任务为打印数字0-2,每打印一次数字睡眠1秒。首先向ThreadPool提交三个固定任务,等待2秒后执行shutDownNow()方法,预期的结果应该为提交的三个任务都不会执行完,所有线程在shutDownNow()方法被调用后会被中断并释放掉。测试代码如下。

public class ThreadPoolTest {

    @Test
    void testThreadPool_2() {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
        BlockingQueue<Runnable> workQueue = new ArrayBlockingQueue<>(20);

        ThreadPool threadPool = new ThreadPool(2,
                4, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS, workQueue);

        Runnable task = () -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 3; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
                    Thread.sleep(1000);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " interrupted from sleep");
            }
            countDownLatch.countDown();
        };

        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            threadPool.execute(task);
        }

        try {
            Thread.sleep(2000);
            threadPool.shutDownNow();
            Thread.sleep(1000);
            countDownLatch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }

        System.out.println("Worker size: " + threadPool.size());
        System.out.println("Task num: " + workQueue.size());
    }

}

测试结果如下所示。

结果表明,一开始ThreadPool分别创建了线程1和线程2来处理task1task2,然后task3被添加到了任务阻塞队列,然后在线程1和线程2执行任务的过程中,调用了shutDownNow()方法,由于task1task2能够响应中断并退出任务,所以线程1和线程2会从任务中退出然后被释放掉,任务阻塞队列中的task3也不会被执行,最后ThreadPool中线程数量为0,任务数量为1。

测试用例三:创建一个ThreadPool,核心线程数为2,最大线程数为4,任务阻塞队列大小为1,线程保活时间为1秒,创建一个固定任务为打印数字0-2,每打印一次数字睡眠1秒。首先向ThreadPool提交五个固定任务,然后等待ThreadPool执行这些任务,预期的结果应该为在所有任务执行完后,ThreadPool中的线程数应该为2(核心线程数),任务数应该为0。测试代码如下。

public class ThreadPoolTest {

    @Test
    void testThreadPool_3() {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(5);
        BlockingQueue<Runnable> workQueue = new ArrayBlockingQueue<>(1);

        ThreadPool threadPool = new ThreadPool(2,
                4, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS, workQueue);

        Runnable task = () -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 3; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
                    Thread.sleep(1000);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " interrupted from sleep");
            }
            countDownLatch.countDown();
        };

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            threadPool.execute(task);
        }

        try {
            countDownLatch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }

        System.out.println("Worker size: " + threadPool.size());
        System.out.println("Task num: " + workQueue.size());
    }

}

测试结果如下所示。

结果表明,一开始ThreadPool创建了线程1和线程2来处理task1task2,然后task3被添加到了任务阻塞队列,然后创建了线程3和线程4来处理task4task5,在任务执行完后,线程4获取到了全局锁,从任务阻塞队列中获取到了task3继续执行,此时线程1和线程2由于在线程保活时间内没有获取到任务来执行,被释放掉,最后ThreadPool中线程数量为2,任务数量为0。

总结

线程池的使用主要聚焦于线程池的参数的配置,而要合理的配置线程池的参数,则需要对线程池的原理有一定的了解,如果能够自己写一个线程池并实现基本功能,对理解线程池的原理大有好处。

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