java自定义线程池

于 2022-10-14 11:01:05 发布
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文章标签： java 开发语言
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本文介绍了如何在Java中自定义线程池，包括阻塞队列的选择、自定义拒绝策略的实现。当线程池和阻塞队列达到饱和时，会根据预设的拒绝策略处理新提交的任务。文章还提及测试代码以验证线程池的配置和行为。

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自定义线程池

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阻塞队列

package ThreadPoolLearn;
@Slf4j(topic = "c.BlockingQueue")
public class BlockingQueue <T>{
    // 1. 任务队列，使用双向链表
    private Deque<T> queue = new ArrayDeque<>();
    // 2. 锁，给对头的任务加锁，保证获取任务时只能由一个线程获取，防止出现多个线程获取同一个任务的情况
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    // 3. 生产者条件变量，队列满了，等待
    private Condition fullWaitSet = lock.newCondition();
    // 4. 消费者条件变量，队列空了，等待
    private Condition emptyWaitSet = lock.newCondition();
    // 5. 队列的容量上限
    private int capcity;
    public BlockingQueue(int capcity) {
        this.capcity = capcity;
    }
    // 带超时阻塞获取
    public T poll(long timeout, TimeUnit unit) {
        lock.lock();
        try {
            // 将 timeout 统一转换为 纳秒
            long nanos = unit.toNanos(timeout);
            while (queue.isEmpty()) {
                try {
                    // emptyWaitSet.awaitNanos(nanos)返回值是剩余时间
                    //如果到了超时时间，说明获取失败
                    if (nanos <= 0) {
                        return null;
                    }
                    nanos = emptyWaitSet.awaitNanos(nanos);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            T t = queue.removeFirst();
            fullWaitSet.signal();
            return t;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    // 阻塞获取
    public T take() {
        lock.lock();
        try {
            while (queue.isEmpty()) {//看队列是否为空
                try {
                    emptyWaitSet.await();//队列为空，阻塞等待队列中添加任务
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            T t = queue.removeFirst();
            fullWaitSet.signal();//走到这里说明已经从队列中获取到任务了，队列开始空缺了，可以向队列中添加元素了。
            //因此唤醒因为队列已满而阻塞的向队列中添加任务的线程。
            return t;//返回
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    // 阻塞添加
    public void put(T task) {
        lock.lock();
        try {
            while (queue.size() == capcity) {
                try {
                    log.debug("等待加入任务队列 {} ...", task);
                    fullWaitSet.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            log.debug("加入任务队列 {}", task);
            queue.addLast(task);
            emptyWaitSet.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    // 带超时时间阻塞添加
    public boolean offer(T task, long timeout, TimeUnit timeUnit) {
        lock.lock();
        try {
            long nanos = timeUnit.toNanos(timeout);
            while (queue.size() == capcity) {
                try {
                    if(nanos <= 0) {
                        return false;
                    }
                    log.debug("等待加入任务队列 {} ...", task);
                    nanos = fullWaitSet.awaitNanos(nanos);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            log.debug("加入任务队列 {}", task);
            queue.addLast(task);
            emptyWaitSet.signal();
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public int size() {
        lock.lock();
        try {
            return queue.size();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void tryPut(RejectPolicy<T> rejectPolicy, T task) {
        lock.lock();
        try {
            // 判断队列是否满
            if(queue.size() == capcity) {
                rejectPolicy.reject(this, task);
            } else { // 有空闲
                log.debug("加入任务队列 {}", task);
                queue.addLast(task);
                emptyWaitSet.signal();
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

自定义线程池

package ThreadPoolLearn;
@Slf4j(topic = "c.ThreadPool")
class ThreadPool {
    // 任务队列
    private BlockingQueue<Runnable> taskQueue;
    // 线程集合
    private HashSet<Worker> workers = new HashSet<>();
    // 核心线程数
    private int coreSize;
    // 获取任务时的超时时间
    private long timeout;
    private TimeUnit timeUnit;
    private RejectPolicy<Runnable> rejectPolicy;
    // 执行任务
    public void execute(Runnable task) {
        // 当任务数没有超过 coreSize 时，直接交给 worker 对象执行
        // 如果任务数超过 coreSize 时，加入任务队列暂存
        // workers线程的集合
        synchronized (workers) {
            if(workers.size() < coreSize) {
                Worker worker = new Worker(task);
                log.debug("新增 worker{}, {}", worker, task);
                workers.add(worker);
                worker.start();
            } else {
                // taskQueue.put(task);
                // 1) 死等
                // 2) 带超时等待
                // 3) 让调用者放弃任务执行
                // 4) 让调用者抛出异常
                // 5) 让调用者自己执行任务
                taskQueue.tryPut(rejectPolicy, task);
            }
        }
    }
    public ThreadPool(int coreSize, long timeout, TimeUnit timeUnit, int queueCapcity,/*阻塞队列的大小*/
                      RejectPolicy<Runnable> rejectPolicy) {
        this.coreSize = coreSize;
        this.timeout = timeout;
        this.timeUnit = timeUnit;
        this.taskQueue = new BlockingQueue<>(queueCapcity);
        this.rejectPolicy = rejectPolicy;
    }
    @Slf4j(topic = "c.Worker")
    //任务对象
    class Worker extends Thread{
        private Runnable task;
        public Worker(Runnable task) {
            this.task = task;
        }
        @Override
        public void run() {
            // 执行任务
            // 1) 当 task 不为空，执行任务
            // 2) 当 task 执行完毕，再接着从任务队列获取任务并执行
            // while(task != null || (task = taskQueue.take()) != null) {
            while(task != null || (task = taskQueue.poll(timeout, timeUnit)/*task不为空，或从阻塞队列获取到任务*/) != null) {
                try {
                    log.debug("正在执行...{}", task);
                    task.run();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    task = null;
                }
            }
            synchronized (workers) {
                log.debug("worker 被移除{}", this);
                workers.remove(this);
            }
        }
    }
}

拒绝策略

当线程池线程数已满，并且工作队列（阻塞队列）达到限制，新提交的任务使用拒绝策略处理。可以自定义拒绝策略，拒绝策略需要实现 RejectPolicy接口。

主要是给阻塞队列使用的。

@FunctionalInterface // 拒绝策略
interface RejectPolicy<T> {
    void reject(BlockingQueue<T> queue, T task);
}

再将任务放入线程池时检查核心线程数是否已满？满了再检查阻塞队列是否已满，满了执行拒绝策略

    // 执行任务
    public void execute(Runnable task) {
        // 当任务数没有超过 coreSize 时，直接交给 worker 对象执行
        // 如果任务数超过 coreSize 时，加入任务队列暂存
        // workers线程的集合
        synchronized (workers) {
            if(workers.size() < coreSize) {
                Worker worker = new Worker(task);
                log.debug("新增 worker{}, {}", worker, task);
                workers.add(worker);
                worker.start();
            } else {
                //放入阻塞队列中
                //放入阻塞队列，当阻塞队列满了，执行拒绝策略
                // taskQueue.put(task);
                // 1) 死等
                // 2) 带超时等待
                // 3) 让调用者放弃任务执行
                // 4) 让调用者抛出异常
                // 5) 让调用者自己执行任务
                taskQueue.tryPut(rejectPolicy, task);
            }
        }
    }
	
	//阻塞队列中方法
	public void tryPut(RejectPolicy<T> rejectPolicy, T task) {
        lock.lock();
        try {
            // 判断队列是否满，队列满了执行拒绝策略，拒绝策略作为线程池的参数，由线程池实现
            if(queue.size() == capcity) {
                //队列满了，执行拒绝策略
                rejectPolicy.reject(this, task);
            } else { // 有空闲
                log.debug("加入任务队列 {}", task);
                queue.addLast(task);
                emptyWaitSet.signal();
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

测试代码

@Slf4j(topic = "c.Test")
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadPool threadPool = new ThreadPool(1,
                1000, TimeUnit.MILLISECONDS, 1, (queue, task)->{/*拒绝策略*/
            // 1. 死等
            // queue.put(task);
            // 2) 带超时等待
            // queue.offer(task, 1500, TimeUnit.MILLISECONDS);
            // 3) 让调用者放弃任务执行
            // log.debug("放弃{}", task);//什么都不做
            // 4) 让调用者抛出异常
            // throw new RuntimeException("任务执行失败 " + task);
            // 5) 让调用者自己执行任务
            task.run();
        });
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            int j = i;
            threadPool.execute(() -> {
                try {
                    Thread.sleep(1000L);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                log.debug("{}", j);
            });
        }
    }
}

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