死磕 java線程系列之線程池深入解析——體系結構
- 2019 年 10 月 14 日
- 筆記
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註：java源碼分析部分如無特殊說明均基於 java8 版本。
簡介
Java的線程池是塊硬骨頭，對線程池的源碼做深入研究不僅能提高對Java整個並發編程的理解，也能提高自己在面試中的表現，增加被錄取的可能性。
本系列將分成很多個章節，本章作為線程池的第一章將對整個線程池體系做一個總覽。
體系結構
上圖列舉了線程池中非常重要的接口和類：
（1）Executor，線程池頂級接口；
（2）ExecutorService，線程池次級接口，對Executor做了一些擴展，增加一些功能；
（3）ScheduledExecutorService，對ExecutorService做了一些擴展，增加一些定時任務相關的功能；
（4）AbstractExecutorService，抽象類，運用模板方法設計模式實現了一部分方法；
（5）ThreadPoolExecutor，普通線程池類，這也是我們通常所說的線程池，包含最基本的一些線程池操作相關的方法實現；
（6）ScheduledThreadPoolExecutor，定時任務線程池類，用於實現定時任務相關功能；
（7）ForkJoinPool，新型線程池類，java7中新增的線程池類，基於工作竊取理論實現，運用於大任務拆小任務、任務無限多的場景；
（8）Executors，線程池工具類，定義了一些快速實現線程池的方法（謹慎使用）；
Executor
線程池頂級接口，只定義了一個執行無返回值任務的方法。
public interface Executor { // 執行無返回值任務【本篇文章由公眾號「彤哥讀源碼」原創】 void execute(Runnable command); }ExecutorService
線程池次級接口，對Executor做了一些擴展，主要增加了關閉線程池、執行有返回值任務、批量執行任務的方法。
public interface ExecutorService extends Executor { // 關閉線程池，不再接受新任務，但已經提交的任務會執行完成 void shutdown(); // 立即關閉線程池，嘗試停止正在運行的任務，未執行的任務將不再執行 // 被迫停止及未執行的任務將以列表的形式返回 List<Runnable> shutdownNow(); // 檢查線程池是否已關閉 boolean isShutdown(); // 檢查線程池是否已終止，只有在shutdown()或shutdownNow()之後調用才有可能為true boolean isTerminated(); // 在指定時間內線程池達到終止狀態了才會返回true boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException; // 執行有返回值的任務，任務的返回值為task.call()的結果 <T> Future<T> submit(Callable<T> task); // 執行有返回值的任務，任務的返回值為這裡傳入的result // 當然只有當任務執行完成了調用get()時才會返回 <T> Future<T> submit(Runnable task, T result); // 執行有返回值的任務，任務的返回值為null // 當然只有當任務執行完成了調用get()時才會返回 Future<?> submit(Runnable task); // 批量執行任務，只有當這些任務都完成了這個方法才會返回 <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException; // 在指定時間內批量執行任務，未執行完成的任務將被取消 // 這裡的timeout是所有任務的總時間，不是單個任務的時間 <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException; // 返回任意一個已完成任務的執行結果，未執行完成的任務將被取消 <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException, ExecutionException; // 在指定時間內如果有任務已完成，則返回任意一個已完成任務的執行結果，未執行完成的任務將被取消 <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException; }ScheduledExecutorService
對ExecutorService做了一些擴展，增加一些定時任務相關的功能，主要包含兩大類：執行一次，重複多次執行。
public interface ScheduledExecutorService extends ExecutorService { // 在指定延時後執行一次 public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit); // 在指定延時後執行一次 public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable, long delay, TimeUnit unit); // 在指定延時後開始執行，並在之後以指定時間間隔重複執行（間隔不包含任務執行的時間） // 相當於之後的延時以任務開始計算【本篇文章由公眾號「彤哥讀源碼」原創】 public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit); // 在指定延時後開始執行，並在之後以指定延時重複執行（間隔包含任務執行的時間） // 相當於之後的延時以任務結束計算 public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay, TimeUnit unit); }AbstractExecutorService
抽象類，運用模板方法設計模式實現了一部分方法，主要為執行有返回值任務、批量執行任務的方法。
public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService { protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) { return new FutureTask<T>(runnable, value); } protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) { return new FutureTask<T>(callable); } public Future<?> submit(Runnable task) { if (task == null) throw new NullPointerException(); RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null); execute(ftask); return ftask; } 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; } public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) { if (task == null) throw new NullPointerException(); RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task); execute(ftask); return ftask; } public <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException, ExecutionException { // 略... } public <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException { // 略... } public <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException { // 略... } public <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { // 略... } }可以看到，這裡的submit()方法對傳入的任務都包裝成了FutureTask來進行處理，這是什麼東西呢？歡迎關注後面的章節。
ThreadPoolExecutor
普通線程池類，這也是我們通常所說的線程池，包含最基本的一些線程池操作相關的方法實現。
線程池的主要實現邏輯都在這裏面，比如線程的創建、任務的處理、拒絕策略等，我們後面單獨分析這個類。
ScheduledThreadPoolExecutor
定時任務線程池類，用於實現定時任務相關功能，將任務包裝成定時任務，並按照定時策略來執行，我們後面單獨分析這個類。
問題：你知道定時任務線程池類使用的是什麼隊列嗎？
ForkJoinPool
新型線程池類，java7中新增的線程池類，這個線程池與Go中的線程模型特別類似，都是基於工作竊取理論，特別適合於處理歸併排序這種先分後合的場景。
Executors
線程池工具類，定義了一系列快速實現線程池的方法——newXXX()，不過阿里手冊是不建議使用這個類來新建線程池的，彤哥我並不這麼認為，只要能掌握其源碼，知道其利敝偶爾還是可以用的，後面我們再來說這個事。
彩蛋
無彩蛋不歡，今天的問題是定時任務線程池用的是哪種隊列來實現的？
答：延時隊列。定時任務線程池中並沒有直接使用並發集合中的DelayQueue，而是自己又實現了一個DelayedWorkQueue，不過跟DelayQueue的實現原理是一樣的。
延時隊列使用什麼數據結構來實現的呢？
答：堆（DelayQueue中使用的是優先級隊列，而優先級隊列使用的堆；DelayedWorkQueue直接使用的堆）。
關於延時隊列、優先級隊列和堆的相關內容點擊下面的鏈接直達：
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