Java多线程进阶（39）—— J.U.C之executors框架：ThreadPoolExecutor

码炫课堂-码哥

于 2024-02-25 15:52:24 发布

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分类专栏： java并发文章标签： java java并发

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本文详细介绍了Java中ThreadPoolExecutor线程池。先介绍其继承体系，包括AbstractExecutorService；接着阐述基本原理，如构造线程池、线程池状态和线程管理；然后说明调度流程，涵盖工作线程的创建、执行、清理，任务获取及拒绝策略；还提及线程池关闭方法。最后强调要合理设置参数和选择阻塞队列。

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一、ThreadPoolExecutor简介

在juc-executors框架概述的章节中，我们已经简要介绍过ThreadPoolExecutor了，通过Executors工厂，用户可以创建自己需要的执行器对象。ThreadPoolExecutor，它是J.U.C在JDK1.5时提供的一种实现了ExecutorService接口的执行器，或者说线程池。

ThreadPoolExecutor并没有自己直接实现ExecutorService接口，因为它只是其中一种Executor的实现而已，所以Doug Lea把一些通用部分封装成一个抽象父类—— AbstractExecutorService ，供J.U.C中的其它执行器继承。如果读者需要自己实现一个Executor，也可以继承该抽象类。

1.1 AbstractExecutorService

AbstractExecutorService 提供了 ExecutorService 接口的默认实现——主要实现了 submit、invokeAny 、invokeAll这三类方法，如果读者看过上一篇综述文章，就应该知道，ExecutorService的这三类方法几乎都是返回一个Future对象。而Future是一个接口，AbstractExecutorService既然实现了这些方法，必然要实现该Future接口，我们来看下AbstractExecutorService实现的 submit 方法：

    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;
    }

可以看到，上述方法首先对Runnable和返回值value进行了封装，通过newTaskFor方法，封装成了一个 FutureTask 对象，然后通过execute方法执行任务，最后返回异步任务对象。

这里其实是模板方法模式的运用，execute是抽象方法，需要由继承AbstractExecutorService的子类来实现。

上述需要注意的是newTaskFor方法，该方法创建了一个Future对象：

    protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) {
        return new FutureTask<T>(runnable, value);
    }

FutureTask其实就是Future接口的实现类：

我们之前讲过，J.U.C中的Future接口是“Future模式”的多线程设计模式的实现，可以让调用方以异步方式获取任务的执行结果。而FutureTask便是这样一类支持异步返回结果的任务，既然是任务就需要实现Runnable接口，同时又要支持异步功能，所以又需要实现Future接口。J.U.C为了方便，新定义了一个接口—— RunnableFuture ，该接口同时继承Runnable和Future，代表支持异步处理的任务，而FutureTask便是它的默认实现。

本节不会在Futrure模式上花费太多笔墨，以后我们会专门讲解J.U.C对Future模式的支持。

1.2 线程池简介

回到ThreadPoolExecutor，从该类的命名也可以看出，这是一种线程池执行器。线程池大家应该并不陌生，应用开发中经常需要用到数据库连接池，数据库连接池里维护着一些数据库连接，当应用需要连接数据库时，并不是自己创建连接，而是从连接池中获取可用连接；当关闭数据库连接时，只是将该连接还给连接池，以供复用。

而线程池也是类似的概念，当有任务需要执行时，线程池会给该任务分配线程，如果当前没有可用线程，一般会将任务放进一个队列中，当有线程可用时，再从队列中取出任务并执行，如下图：

线程池的引入，主要解决以下问题：

减少系统因为频繁创建和销毁线程所带来的开销；
自动管理线程，对使用方透明，使其可以专注于任务的构建。

二、ThreadPoolExecutor基本原理

了解了线程池和ThreadPoolExecutor的继承体系，接下来，我们来看下J.U.C是如何实现一个普通线程池的。

2.1 构造线程池

我们先来看下ThreadPoolExecutor的构造器，其实之前在讲Executors时已经接触过了，Executors工厂方法创建的三种线程池：newFixedThreadPool、newSingleThreadExecutor、newCachedThreadPool，内部都是通过ThreadPoolExecutor的下面这个构造器实例化了ThreadPoolExecutor对象：

    /**
     * 使用给定的参数创建ThreadPoolExecutor.
     *
     * @param corePoolSize    核心线程池中的最大线程数
     * @param maximumPoolSize 总线程池中的最大线程数
     * @param keepAliveTime   空闲线程的存活时间
     * @param unit            keepAliveTime的单位
     * @param workQueue       任务队列, 保存已经提交但尚未被执行的线程
     * @param threadFactory   线程工厂(用于指定如果创建一个线程)
     * @param handler         拒绝策略 (当任务太多导致工作队列满时的处理策略)
     */
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 || maximumPoolSize <= 0 || maximumPoolSize < corePoolSize || keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException(