程式的運作，其本質上，是對系統資源（CPU、記憶體、磁盤、網絡等等）的使用。如何高效的使用這些資源是我們程式設計優化演進的一個方向。今天說的線程池就是一種對CPU利用的優化手段。
網上有不少介紹如何使用線程池的文章，那我想說點什麼呢？我希望通過學習線程池原理，明白所有池化技術的基本設計思路。遇到其他相似問題可以解決。
池化技術
前面提到一個名詞——池化技術，那麼到底什麼是池化技術呢？
池化技術簡單點來說，就是提前儲存大量的資源，以備不時之需。在機器資源有限的情況下，使用池化技術可以大大的提高資源的使用率，提升性能等。
在程式設計領域，比較典型的池化技術有：
線程池、連接配接池、記憶體池、對象池等。
本文主要來介紹一下其中比較簡單的線程池的實作原理，希望讀者們可以舉一反三，通過對線程池的了解，學習并掌握所有程式設計中池化技術的底層原理。
建立一個線程
在Java的并發程式設計中，線程是十分重要的，在Java中，建立一個線程比較簡單：
public class App {
public static void main(String[] args) throws Exception {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("線程運作中");
}
}).start();
}
} 我們通過建立一個線程對象，并且實作Runnable接口就可以實作一個簡單的線程。可以利用上多核CPU。當一個任務結束，目前線程就接收。
但很多時候，我們不止會執行一個任務。如果每次都是如此的建立線程->執行任務->銷毀線程，會造成很大的性能開銷。
那能否一個線程建立後，執行完一個任務後，又去執行另一個任務，而不是銷毀。這就是線程池。
這也就是池化技術的思想，通過預先建立好多個線程，放在池中，這樣可以在需要使用線程的時候直接擷取，避免多次重複建立、銷毀帶來的開銷。
線程池的簡單使用
以下代碼，是在Java中建立線程池：
import java.util.concurrent.*;
public class App {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(1, 1,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<>(10));
executorService.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("abcdefg");
}
});
executorService.shutdown();
}
} Jdk提供給外部的接口也很簡單。直接調用ThreadPoolExecutor構造一個就可以了，也可以通過Executors靜态工廠建構，但一般不建議。
可以看到，開發者想要在代碼中使用線程池還是比較簡單的，這得益于Java給我們封裝好的一系列API。但是，這些API的背後是什麼呢，讓我們來揭開這個迷霧，看清線程池的本質。
線程池構造函數
通常，一般構造函數會反映出這個工具或這個對象的資料存儲結構。
如果把線程池比作一個公司。公司會有正式員工處理正常業務，如果工作量大的話，會雇傭外包人員來工作。
閑時就可以釋放外包人員以減少公司管理開銷。一個公司因為成本關系，雇傭的人員始終是有最大數。
如果這時候還有任務處理不過來，就走需求池排任務。
- acc : 擷取調用上下文
- corePoolSize: 核心線程數量，可以類比正式員工數量，常駐線程數量。
- maximumPoolSize: 最大的線程數量，公司最多雇傭員工數量。常駐+臨時線程數量。
- workQueue：多餘任務等待隊列，再多的人都處理不過來了，需要等着，在這個地方等。
- keepAliveTime：非核心線程空閑時間，就是外包人員等了多久，如果還沒有活幹，解雇了。
- threadFactory: 建立線程的工廠，在這個地方可以統一處理建立的線程的屬性。每個公司對員工的要求不一樣，恩，在這裡設定員工的屬性。
- handler：線程池拒絕政策，什麼意思呢？就是當任務實在是太多，人也不夠，需求池也排滿了，還有任務咋辦？預設是不處理，抛出異常告訴任務送出者，我這忙不過來了。
添加一個任務
接着，我們看一下線程池中比較重要的execute方法，該方法用于向線程池中添加一個任務。
核心子產品用紅框标記了。
- 第一個紅框：workerCountOf方法根據ctl的低29位，得到線程池的目前線程數，如果線程數小于corePoolSize，則執行addWorker方法建立新的線程執行任務；
- 第二個紅框：判斷線程池是否在運作，如果在，任務隊列是否允許插入，插入成功再次驗證線程池是否運作，如果不在運作，移除插入的任務，然後抛出拒絕政策。如果在運作，沒有線程了，就啟用一個線程。
- 第三個紅框：如果添加非核心線程失敗，就直接拒絕了。
這裡邏輯稍微有點複雜，畫了個流程圖僅供參考
接下來，我們看看如何添加一個工作線程的？
添加worker線程
從方法execute的實作可以看出：addWorker主要負責建立新的線程并執行任務，代碼如下（這裡代碼有點長，沒關系，也是分塊的，總共有5個關鍵的代碼塊）：
- 第一個紅框：做是否能夠添加工作線程條件過濾：
- 判斷線程池的狀态，如果線程池的狀态值大于或等SHUTDOWN，則不處理送出的任務，直接傳回；
- 第二個紅框：做自旋，更新建立線程數量：
- 通過參數core判斷目前需要建立的線程是否為核心線程，如果core為true，且目前線程數小于corePoolSize，則跳出循環，開始建立新的線程
有人或許會疑問 retry 是什麼？這個是java中的goto文法。隻能運用在break和continue後面。
接着看後面的代碼：
- 第一個紅框：擷取線程池主鎖。
- 線程池的工作線程通過Woker類實作，通過ReentrantLock鎖保證線程安全。
- 第二個紅框：添加線程到workers中（線程池中）。
- 第三個紅框：啟動建立的線程。
接下來，我們看看workers是什麼。
一個hashSet。是以，線程池底層的存儲結構其實就是一個HashSet。
worker線程處理隊列任務
- 第一個紅框：是否是第一次執行任務，或者從隊列中可以擷取到任務。
- 第二個紅框：擷取到任務後，執行任務開始前操作鈎子。
- 第三個紅框：執行任務。
- 第四個紅框：執行任務後鈎子。
這兩個鈎子（beforeExecute，afterExecute）允許我們自己繼承線程池，做任務執行前後處理。
到這裡，源代碼分析到此為止。接下來做一下簡單的總結。
總結
所謂線程池本質是一個hashSet。多餘的任務會放在阻塞隊列中。
隻有當阻塞隊列滿了後，才會觸發非核心線程的建立。是以非核心線程隻是臨時過來打雜的。直到空閑了，然後自己關閉了。
線程池提供了兩個鈎子（beforeExecute，afterExecute）給我們，我們繼承線程池，在執行任務前後做一些事情。
線程池原理關鍵技術：鎖（lock,cas）、阻塞隊列、hashSet（資源池）
最後希望對你了解線程池有幫助。最後，留一個思考題，為什麼線程池的底層資料接口采用HashSet來實作？
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END
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