线程池的工作原理与源码解读及各常用线程池的执行流程图

有时候花了大把时间去看一些东西却看不懂，是很 “ 蓝瘦 ” 的，花时间也是投资。

本文适合：

曾了解过线程池却一直模模糊糊的人
了解得差不多却对某些点依然疑惑的

随着cpu核数越来越多，不可避免的利用多线程技术以充分利用其计算能力。所以，多线程技术是服务端开发人员必须掌握的技术。

线程的创建和销毁，都涉及到系统调用，比较消耗系统资源，所以就引入了线程池技术，避免频繁的线程创建和销毁。

在Java用有一个Executors工具类，可以为我们创建一个线程池，其本质就是new了一个ThreadPoolExecutor对象。线程池几乎也是面试必考问题。本文结合源代码，说说ThreadExecutor的工作原理。

一、线程池创建

先看一下ThreadPoolExecutor参数最全的构造方法：

①corePoolSize：线程池的核心线程数，说白了就是，即便是线程池里没有任何任务，也会有corePoolSize个线程在候着等任务。

②maximumPoolSize:最大线程数，不管你提交多少任务，线程池里最多工作线程数就是maximumPoolSize。

③keepAliveTime:线程的存活时间。当线程池里的线程数大于corePoolSize时，如果等了keepAliveTime时长还没有任务可执行，则线程退出。

⑤unit：这个用来指定keepAliveTime的单位，比如秒:TimeUnit.SECONDS。

⑥workQueue：一个阻塞队列，提交的任务将会被放到这个队列里。

⑦threadFactory：线程工厂，用来创建线程，主要是为了给线程起名字，默认工厂的线程名字：pool-1-thread-3。

⑧handler：拒绝策略，当线程池里线程被耗尽，且队列也满了的时候会调用。

以上就是创建线程池时用到的参数，面试中经常会有面试官问道这个问题。

二、线程池执行流程

这里用一个图来说明线程池的执行流程

任务被提交到线程池，会先判断当前线程数量是否小于corePoolSize，如果小于则创建线程来执行提交的任务，否则将任务放入workQueue队列，如果workQueue满了，则判断当前线程数量是否小于maximumPoolSize,如果小于则创建线程执行任务，否则就会调用handler，以表示线程池拒绝接收任务。

这里以jdk1.8.0_111的源代码为例，看一下具体实现。

1、先看一下线程池的executor方法

①：判断当前活跃线程数是否小于corePoolSize,如果小于，则调用addWorker创建线程执行任务

②：如果不小于corePoolSize，则将任务添加到workQueue队列。

③：如果放入workQueue失败，则创建线程执行任务，如果这时创建线程失败(当前线程数不小于maximumPoolSize时)，就会调用reject(内部调用handler)拒绝接受任务。

2、再看下addWorker的方法实现

这块代码是在创建非核心线程时，即core等于false。判断当前线程数是否大于等于maximumPoolSize，如果大于等于则返回false，即上边说到的③中创建线程失败的情况。

addWorker方法的下半部分：

①创建Worker对象，同时也会实例化一个Thread对象。

②启动启动这个线程

3、再到Worker里看看其实现

可以看到在创建Worker时会调用threadFactory来创建一个线程。上边的②中启动一个线程就会触发Worker的run方法被线程调用。

4、接下来咱们看看runWorker方法的逻辑

线程调用runWoker，会while循环调用getTask方法从workerQueue里读取任务，然后执行任务。只要getTask方法不返回null,此线程就不会退出。

5、最后在看看getTask方法实现

①咱们先不管allowCoreThreadTimeOut，这个变量默认值是false。wc>corePoolSize则是判断当前线程数是否大于corePoolSize。

②如果当前线程数大于corePoolSize，则会调用workQueue的poll方法获取任务，超时时间是keepAliveTime。如果超过keepAliveTime时长，poll返回了null，上边提到的while循序就会退出，线程也就执行完了。

如果当前线程数小于corePoolSize，则会调用workQueue的take方法阻塞在当前。

补充:

下图，皆可自行保存，常常阅之。日久，根深蒂固

默认构造函数

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

绝对易懂的构造方法参数讲解

参数名	作用
corePoolSize	队列没满时，线程最大并发数
maximumPoolSizes	队列满后线程能够达到的最大并发数
keepAliveTime	空闲线程过多久被回收的时间限制
unit	keepAliveTime 的时间单位
workQueue	阻塞的队列类型
RejectedExecutionHandler	超出 maximumPoolSizes + workQueue 时，任务会交给RejectedExecutionHandler来处理

文字描述

corePoolSize，maximumPoolSize，workQueue之间关系。

当线程池中线程数小于corePoolSize时，新提交任务将创建一个新线程执行任务，即使此时线程池中存在空闲线程。
当线程池中线程数达到corePoolSize时，新提交任务将被放入workQueue中，等待线程池中任务调度执行。
当workQueue已满，且maximumPoolSize > corePoolSize时，新提交任务会创建新线程执行任务。
当workQueue已满，且提交任务数超过maximumPoolSize，任务由RejectedExecutionHandler处理。
当线程池中线程数超过corePoolSize，且超过这部分的空闲时间达到keepAliveTime时，回收这些线程。
当设置allowCoreThreadTimeOut(true)时，线程池中corePoolSize范围内的线程空闲时间达到keepAliveTime也将回收。

一般流程图

newFixedThreadPool 流程图

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads){
    return new ThreadPoolExecutor(
            nThreads,   // corePoolSize
            nThreads,   // maximumPoolSize == corePoolSize
            0L,         // 空闲时间限制是 0
            TimeUnit.MILLISECONDS,
            new LinkedBlockingQueue<Runnable>() // 无界阻塞队列
        );
}

newCacheThreadPool 流程图

public static ExecutorService newCachedThreadPool(){
    return new ThreadPoolExecutor(
        0,                  // corePoolSoze == 0
        Integer.MAX_VALUE,  // maximumPoolSize 非常大
        60L,                // 空闲判定是60 秒
        TimeUnit.SECONDS,
        // 神奇的无存储空间阻塞队列，每个 put 必须要等待一个 take
        new SynchronousQueue<Runnable>()  
    );
}

newSingleThreadPool 流程图

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return 
            new FinalizableDelegatedExecutorService
                (
                    new ThreadPoolExecutor
                        (
                            1,
                            1,
                            0L,
                            TimeUnit.MILLISECONDS,
                            new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                            threadFactory
                        )
                );
    }

可以看到除了多了个 FinalizableDelegatedExecutorService 代理，其初始化和 newFiexdThreadPool 的 nThreads = 1 的时候是一样的。区别就在于：

newSingleThreadExecutor返回的ExcutorService在析构函数finalize()处会调用shutdown()
如果我们没有对它调用shutdown()，那么可以确保它在被回收时调用shutdown()来终止线程。

使用ThreadFactory，可以改变线程的名称、线程组、优先级、守护进程状态，一般采用默认。

流程图略，请参考 newFiexdThreadPool，这里不再累赘。

最后

还有一个定时任务线程池ScheduledThreadPool

它用来处理延时或定时任务，不常用