文章详情

短信预约-IT技能 免费直播动态提醒

请输入下面的图形验证码

提交验证

短信预约提醒成功

彻底了解线程池的原理—40行从零开始自己写线程池

2024-12-01 14:37

关注

线程池给我们提供的功能

我们首先来看一个使用线程池的例子:

import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors; public class Demo01 {   public static void main(String[] args) {    ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);    for (int i = 0; i < 100; i++) {      pool.execute(new Runnable() {        @Override        public void run() {          for (int i = 0; i < 100; i++) {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " print " + i);          }        }      });    }  }}

在上面的例子当中,我们使用Executors.newFixedThreadPool去生成来一个固定线程数目的线程池,在上面的代码当中我们是使用5个线程,然后通过execute方法不断的去向线程池当中提交任务,大致流程如下图所示:

线程池通过execute函数不断的往线程池当中的任务队列加入任务,而线程池当中的线程会不断的从任务队列当中取出任务,然后进行执行,然后继续取任务,继续执行....,线程的执行过程如下:

while (true) {  Runnable runnable = taskQueue.take(); // 从任务队列当中取出任务  runnable.run(); // 执行任务}

根据上面所谈到的内容,现在我们的需求很清晰了,首先我们需要有一个队列去存储我们所需要的任务,然后需要开启多个线程不断的去任务队列当中取出任务,然后进行执行,然后重复取任务执行任务的操作。

工具介绍

在我们前面提到的线程池实现的原理当中有一个非常重要的数据结构,就是ArrayBlockingQueue阻塞队列,它是一个并发安全的数据结构,我们首先先简单介绍一下这个数据结构的使用方法。(如果你想深入了解阻塞队列的实现原理,可以参考这篇文章JDK数组阻塞队列源码剖析)

我们主要用的是ArrayBlockingQueue的下面两个方法:

下面是一份测试代码:

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;import java.util.concurrent.TimeUnit; public class QueueTest {   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {    ArrayBlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(5); // 队列的容量为5    Thread thread = new Thread(() -> {      for (int i = 0; i < 10; i++) {        try {          queue.put(i);          System.out.println("数据 " + i + "被加入到队列当中");        } catch (InterruptedException e) {          System.out.println("出现了中断异常");          // 如果出现中断异常 则退出 线程就不会一直在 put 方法被挂起了          return;        }finally {        }      }    });    thread.start();    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);    thread.interrupt();  }}

上面代码输出结果:

数据 0被加入到队列当中数据 1被加入到队列当中数据 2被加入到队列当中数据 3被加入到队列当中数据 4被加入到队列当中出现了中断异常

上面代码的执行顺序是:

线程thread会将0-4这5个数据加入到队列当中,但是在加入第6个数据的时候,阻塞队列已经满了,因此在加入数据的时候线程thread会被阻塞,然后主线程在休息一秒之后中断了线程thread,然后线程thread发生了中断异常,然后被捕获进入catch代码块,然后函数返回,线程thread就不会一直被阻塞了,这一点在我们后面写线程池非常重要!!!

Worker设计

在前文当中我们已经提到了我们的线程需要不断的去任务队列里面取出任务然后执行,我们设计一个Worker类去做这件事!

Worker实现的代码如下:

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; public class Worker implements Runnable {   // 用于保存任务的队列  private ArrayBlockingQueue<Runnable> tasks;  // 线程的状态 是否终止  private volatile boolean isStopped;   // 保存执行 run 方法的线程  private volatile Thread thisThread;   public Worker(ArrayBlockingQueue<Runnable> tasks) {    // 这个参数是线程池当中传入的    this.tasks = tasks;  }   @Override  public void run() {    thisThread = Thread.currentThread();    while (!isStopped) {      try {        Runnable task = tasks.take();        task.run();      } catch (InterruptedException e) {        // do nothing      }    }  }  // 注意是其他线程调用这个方法 同时需要注意是 thisThread 这个线程在执行上面的 run 方法  // 其他线程调用 thisThread 的 interrupt 方法之后 thisThread 会出现异常 然后就不会一直阻塞了  // 会判断 isStopped 是否为 true 如果为 true 的话就可以退出 while 循环了  public void stop() {    isStopped = true;    thisThread.interrupt(); // 中断线程 thisThread  }   public boolean isStopped(){    return isStopped;  }}

线程池设计

线程池实现代码:

import java.util.ArrayList;import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; public class MyFixedThreadPool {  // 用于存储任务的阻塞队列  private ArrayBlockingQueue<Runnable> taskQueue;   // 保存线程池当中所有的线程  private ArrayList<Worker> threadLists;   // 线程池是否关闭  private boolean isShutDown;   // 线程池当中的线程数目  private int numThread;   public MyFixedThreadPool(int i) {    this(Runtime.getRuntime().availableProcessors() + 1, 1024);  }   public MyFixedThreadPool(int numThread, int maxTaskNumber) {    this.numThread = numThread;    taskQueue = new ArrayBlockingQueue<>(maxTaskNumber); // 创建阻塞队列    threadLists = new ArrayList<>();    // 将所有的 worker 都保存下来    for (int i = 0; i < numThread; i++) {      Worker worker = new Worker(taskQueue);      threadLists.add(worker);    }    for (int i = 0; i < threadLists.size(); i++) {      new Thread(threadLists.get(i),              "ThreadPool-Thread-" + i).start(); // 让worker开始工作    }  }   // 停止所有的 worker 这个只在线程池要关闭的时候才会调用  private void stopAllThread() {    for (Worker worker : threadLists) {      worker.stop(); // 调用 worker 的 stop 方法 让正在执行 worker 当中 run 方法的线程停止执行    }  }   public void shutDown() {    // 等待任务队列当中的任务执行完成    while (taskQueue.size() != 0) {      // 如果队列当中还有任务 则让出 CPU 的使用权      Thread.yield();    }    // 在所有的任务都被执行完成之后 停止所有线程的执行    stopAllThread();  }   public void submit(Runnable runnable) {    try {      taskQueue.put(runnable); // 如果任务队列满了, 调用这个方法的线程会被阻塞    } catch (InterruptedException e) {      e.printStackTrace();    }  }}

测试代码:

public class Test {   public static void main(String[] args) {    MyFixedThreadPool pool = new MyFixedThreadPool(5, 1024); // 开启5个线程 任务队列当中最多只能存1024个任务    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {      pool.submit(() -> {        System.out.println(Thread.currentThread().getName()); // 提交的任务就是打印线程自己的名字      });    }    pool.shutDown();  }}

上面的代码是可以正常执行并且结束的,这个输出太长了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见线程池当中只有5个线程,这5个线程在不断从队列当中取出任务然后执行,因为我们可以看到同一个线程的名字输出了多次。

总结

在本篇文章当中主要介绍了线程池的原理,以及我们应该去如何设计一个线程池,同时也介绍了在阻塞队列当中一个非常重要的数据结构ArrayBlockingQueue的使用方法。

线程池当中有一个阻塞队列去存放所有被提交到线程池当中的任务。

所有的Worker会不断的从任务队列当中取出任务然后执行。

线程池的shutDown方法其实比较难思考该怎么实现的,首先在我们真正关闭线程池之前需要将任务队列当中所有的任务执行完成,然后将所有的线程停下来。

在所有的任务执行完成之后,可能有的线程就会阻塞在take方法上(从队列当中取数据的方法,如果队列为空线程会阻塞),好在ArrayBlockingQueue在实现的时候就考虑到了这个问题,只需要其他线程调用了这个被阻塞线程的interrupt方法的话,线程就可以通过捕获异常恢复执行,然后判断isStopped,如果需要停止了就跳出while循环,这样的话我们就可以完成所有线程的停止操作了。

来源:今日头条内容投诉

免责声明:

① 本站未注明“稿件来源”的信息均来自网络整理。其文字、图片和音视频稿件的所属权归原作者所有。本站收集整理出于非商业性的教育和科研之目的,并不意味着本站赞同其观点或证实其内容的真实性。仅作为临时的测试数据,供内部测试之用。本站并未授权任何人以任何方式主动获取本站任何信息。

② 本站未注明“稿件来源”的临时测试数据将在测试完成后最终做删除处理。有问题或投稿请发送至: 邮箱/279061341@qq.com QQ/279061341

软考中级精品资料免费领

  • 历年真题答案解析
  • 备考技巧名师总结
  • 高频考点精准押题
  • 2024年上半年信息系统项目管理师第二批次真题及答案解析(完整版)

    难度     813人已做
    查看
  • 【考后总结】2024年5月26日信息系统项目管理师第2批次考情分析

    难度     354人已做
    查看
  • 【考后总结】2024年5月25日信息系统项目管理师第1批次考情分析

    难度     318人已做
    查看
  • 2024年上半年软考高项第一、二批次真题考点汇总(完整版)

    难度     435人已做
    查看
  • 2024年上半年系统架构设计师考试综合知识真题

    难度     224人已做
    查看

相关文章

发现更多好内容

猜你喜欢

AI推送时光机
位置:首页-资讯-后端开发
咦!没有更多了?去看看其它编程学习网 内容吧
首页课程
资料下载
问答资讯