深入剖析Java线程池的核心概念与源码解析：从Executors、Executor、execute逐一揭秘

原创

已于 2024-06-01 23:17:07 修改 · 1.9k 阅读

12 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#java #后端

于 2024-06-01 21:36:47 首次发布

文章目录

文章导图
前言
Executors、Executor、execute对比剖析
Executors生成的线程池？
线程池中的 execute 方法

线程池系列文章可参考下表，目前已更新完毕…

线程池系列：	文章
Java基础线程池	深入剖析Java线程池的核心概念与源码解析：从Executors、Executor、execute逐一揭秘
CompletableFuture线程池	从用法到源码再到应用场景：全方位了解CompletableFuture及其线程池
SpringBoot默认线程池（@Async和ThreadPoolTaskExecutor）	探秘SpringBoot默认线程池：了解其运行原理与工作方式（@Async和ThreadPoolTaskExecutor）
SpringBoot默认线程池和内置Tomcat线程池	你是否傻傻分不清SpringBoot默认线程池和内置Tomcat线程池？

文章导图

前言

在日常编码中，特别是在处理并发编程时，Java 提供了很多便捷工具帮助我们高效运行。不过你是否也曾被 Executors、Executor 和 execute 这些名字搞得一头雾水？

它们长得这么像，究竟有什么区别呢？接下来跟着我一探究竟吧！
在这里插入图片描述

Executors、Executor、execute对比剖析

`java.util.concurrent.Executors`	是一个工具类，提供了一些静态方法，用于创建各种类型的 `ExecutorService` 实例。例如，`newFixedThreadPool` 可以创建一个固定大小的线程池，`newCachedThreadPool` 可以创建一个可缓存的线程池等。它简化了创建线程池的过程，提供了一些默认的配置选项。
`java.util.concurrent.Executor`	是一个接口，定义了一个单一的方法 `execute`，用于提交任务到执行器中。这个接口是线程池的基础接口，它没有提供直接创建线程池的方法。
`java.util.concurrent.Executor#execute`	是 `Executor` 接口中唯一的方法，用于将任务提交给执行器执行。这个方法通常用于提交实现了 `Runnable` 接口的任务。

简而言之，Executors 是一个工具类，用于创建各种类型的线程池实例。Executor 是一个接口，定义了提交任务到执行器的方法。execute 方法是 Executor 接口定义的唯一方法，用于提交任务给执行器执行。

如果你需要创建线程池，可以使用 Executors 类提供的方法来创建，然后使用返回的线程池实例来提交任务。具体看我下面的这个例子就理解了！：

//Executors工具类创建线程池默认是ExecutorService，ExecutorService又继承了Executor，它是线程池最底层的基础接口！
Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
//然后用executor线程池去执行execute方法，接收一个Runnable任务
executor.execute(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
});

Executors生成的线程池？

说到了Executors，就必须谈下用它生成的线程池，在阿里Java规约中，对Executors有一个专门的规约：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-lKKPHsVd-1596103123455)(EE1DC468E4A74F7AB21E05EF9D46AFB0)]

原因其实也很简单，会有各种OOM风险，也不便于管理，详细的我都帮你们总结成思维导图了！

Executors.newWorkStealingPool方法之外，其他方法都有OOM风险。

我们可以发现Executors创建的线程池底层其实还是基于ThreadPoolExecutor的方式

线程池中的 execute 方法

讲完了Executors生成的线程池，接下来当然是看看这个线程池的核心方法execute了

execute 方法的作用

execute 方法是线程池的核心方法之一，可以用来提交任务并执行，当然也可以用submit，但是实际核心逻辑都是一样的。

不管是上面的Executors生成的线程池，还是自己定义的ThreadPoolExecutor线程池，实际去执行线程的时候都会调用到我们的execute 方法，

它用于向线程池提交一个任务，供线程池调度执行。
它接受一个 Runnable 对象作为参数，并将其提交给内部的工作队列。

execute的工作原理

线程池采用的是一种生产者-消费者的模型，如下图：
FixedThreadPool的execute()方法运行示意图

工作原理如下：

任务提交：
- 当外部提交一个任务到线程池时，线程池会根据当前的运行状态和线程数量决定如何处理这个任务。
任务队列和线程的管理：
- 如果当前运行的线程少于核心线程数（corePoolSize），线程池会创建一个新的工作线程来执行这个任务。
- 如果当前运行的线程数达到核心线程数，任务会被放入任务队列等待执行。
- 如果任务队列已满，并且当前运行的线程数少于最大线程数（maximumPoolSize），线程池会创建新的工作线程来处理任务。
- 如果任务队列已满，并且线程池中的线程数已经达到最大线程数，线程池会根据拒绝策略处理这个任务。
任务执行：
- 工作线程从任务队列中获取任务并执行。
- 执行完一个任务后，工作线程会继续从任务队列中获取下一个任务，直到任务队列为空。
线程的回收和销毁：
- 如果一个线程在一定时间内（keepAliveTime）没有获取到新的任务，且当前线程数超过核心线程数，那么该线程将被终止。
- 当所有任务完成后，核心线程会继续等待新任务，而非核心线程会被回收。

拒绝策略

策略名称	描述	适用场景
`AbortPolicy`	默认的拒绝策略。当任务无法提交到线程池时，抛出 `RejectedExecutionException` 异常。	希望在任务无法处理时立即得到通知，并进行相应处理的场景。
`CallerRunsPolicy`	调用者运行策略。当任务无法提交到线程池时，由提交任务的线程（即调用者线程）执行该任务。	希望降低任务提交速度，并且不希望丢弃任务的场景。
`DiscardPolicy`	丢弃策略。当任务无法提交到线程池时，直接丢弃该任务，不进行任何处理。	可以接受任务丢失，并且不希望对系统产生过多负载的场景。
`DiscardOldestPolicy`	丢弃最旧策略。当任务无法提交到线程池时，丢弃任务队列中最旧的未处理任务，然后尝试重新提交当前任务。	希望抛弃旧任务，优先处理新任务的场景。

在实际操作里，建议选默认的AbortPolicy或CallerRunsPolicy策略。

AbortPolicy策略：

AbortPolicy是最保险安全的，简单粗暴，一满就拒绝，无论什么情况都能保证系统不会因线程池出问题。
缺点也明显，一满就可能丢线程，没执行到你想执行的业务逻辑。

CallerRunsPolicy策略：

CallerRunsPolicy策略是，当线程池塞不下新任务时，会让调用线程来跑，既不丢任务，又能适当减缓新任务速度，减轻线程池压力，特别适合需要高执行保证的场景。
但它的缺点正好相反，不丢线程，但流量大时可能出问题。

想象一下，某天早上，系统访问量突然猛增，线程池马上满了，剩下的都被拒绝策略打回给调用者线程处理，就像高速公路后半段的车都要掉头走别的路，你说后面的高速会不会堵得瘫痪？

系统也是一样，这个拒绝策略在这种情况下可能让系统崩溃，在前端页面上可能出现假死、卡顿、超时未响应等问题。

当然，如果默认的策略不满足你的需求也可以通过实现 RejectedExecutionHandler 接口来定义自己的拒绝策略，以满足特殊的业务需求。

class CustomRejectedExecutionHandler implements RejectedExecutionHandler {
    @Override
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
        // 自定义处理逻辑
    }
}

源码分析工作原理

上面讲到了线程池的工作原理或者也是工作流程，那么为什么是这样的呢？

知其然知其所以然，那我们来看看源码不就知道了！

基本知识

线程的状态

注意我们这里涉及到了线程池的状态，注意区别我们常见的线程状态，线程状态如下

线程状态指的是单个线程在其生命周期中所处的状态。Java 中的线程有以下几种状态：

状态	描述
`NEW`	线程已创建但尚未启动。
`RUNNABLE`	线程正在 Java 虚拟机中执行。
`BLOCKED`	线程被阻塞，等待监视器锁。
`WAITING`	线程无限期等待另一个线程执行特定操作。
`TIMED_WAITING`	线程在指定的等待时间内等待另一个线程执行特定操作。
`TERMINATED`	线程已退出。

代码示例：

Thread thread = new Thread(() -> {
    // 线程任务
});

System.out.println(thread.getState()); // NEW
thread.start();
System.out.println(thread.getState()); // RUNNABLE 或其他状态

线程池的状态

线程池的状态有5种，他们的状态转换如下图所示，可以看到和线程的状态完全它们不是一回事。

图3 线程池生命周期

ThreadPoolExecutor类存放线程池的状态信息很特别，是存储在一个int类型原子变量的高3位，而低29位用来存储线程池当前运行的线程数量。通过将线程池的状态和线程数量合二为一，可以做到一次CAS原子操作更新数据。

状态	高3位值	说明
RUNNING	111	运行状态，线程池被创建后的初始状态，能接受新提交的任务，也能处理阻塞队列中的任务。
SHUTDOWN	000	关闭状态，不再接受新提交的任务，但任可以处理阻塞队列中的任务。
STOP	001	停止状态，会中断正在处理的线程，不能接受新提交的任务，也不会处理阻塞队列中的任务。