Java中線程池自定義如何實現

這篇“Java中線程池自定義如何實現”文章的知識點大部分人都不太理解，所以小編給大家總結了以下內容，內容詳細，步驟清晰，具有一定的借鑒價值，希望大家閱讀完這篇文章能有所收獲，下面我們一起來看看這篇“Java中線程池自定義如何實現”文章吧。

線程為什么不能多次調用start方法

從源碼可以得知，調用start方法時，程序還會判斷當前的線程狀態

這里又引申出另一個問題，線程到底有幾種狀態

年輕的時候背八股文時，只是說五種狀態，這五種狀態也不知道是哪里來的，不知道有沒有人和我一樣，當初只是知其然不知其所以然。貼出源碼來：

public enum State {
    /**
     * Thread state for a thread which has not yet started.
     */
    NEW, // 新建

    /**
     * Thread state for a runnable thread.  A thread in the runnable
     * state is executing in the Java virtual machine but it may
     * be waiting for other resources from the operating system
     * such as processor.
     */
    RUNNABLE, // 運行中

    /**
     * Thread state for a thread blocked waiting for a monitor lock.
     * A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock
     * to enter a synchronized block/method or
     * reenter a synchronized block/method after calling
     * {@link Object#wait() Object.wait}.
     */
    BLOCKED, // 阻塞

    /**
     * Thread state for a waiting thread.
     * A thread is in the waiting state due to calling one of the
     * following methods:
     * <ul>
     *   <li>{@link Object#wait() Object.wait} with no timeout</li>
     *   <li>{@link #join() Thread.join} with no timeout</li>
     *   <li>{@link LockSupport#park() LockSupport.park}</li>
     * </ul>
     *
     * <p>A thread in the waiting state is waiting for another thread to
     * perform a particular action.
     *
     * For example, a thread that has called <tt>Object.wait()</tt>
     * on an object is waiting for another thread to call
     * <tt>Object.notify()</tt> or <tt>Object.notifyAll()</tt> on
     * that object. A thread that has called <tt>Thread.join()</tt>
     * is waiting for a specified thread to terminate.
     */
    WAITING, // 等待

    /**
     * Thread state for a waiting thread with a specified waiting time.
     * A thread is in the timed waiting state due to calling one of
     * the following methods with a specified positive waiting time:
     * <ul>
     *   <li>{@link #sleep Thread.sleep}</li>
     *   <li>{@link Object#wait(long) Object.wait} with timeout</li>
     *   <li>{@link #join(long) Thread.join} with timeout</li>
     *   <li>{@link LockSupport#parkNanos LockSupport.parkNanos}</li>
     *   <li>{@link LockSupport#parkUntil LockSupport.parkUntil}</li>
     * </ul>
     */
    TIMED_WAITING, // 定時等待

    /**
     * Thread state for a terminated thread.
     * The thread has completed execution.
     */
    TERMINATED; // 結束狀態
}

綜上，其實線程的狀態有六種：

• NEW 新建狀態，一般通過Thread thread = new Thread(runable);此時的線程屬于新建狀態。

• RUNABLE 可運行狀態，當調用start時，線程進入RUNNABLE狀態,該狀態其實還包含兩個狀態，一種是被cpu選中正在運行中，另一種是未被cpu選中，處于就緒狀態。

• BLOCKED 阻塞狀態， 一般可以通過調用sleep()方法來進入阻塞狀態，此時線程沒有釋放鎖資源，sleep到期時，繼續進入Runable狀態

• WAITING 等待狀態， 一般可以通過調用wait()方法來進入等待狀態，此時釋放cpu,cpu去干其他事情，需要調用noitfy方法喚醒，喚醒后的線程為RUNABLE狀態。

• TIMED_WAIRING 定時等待， 一般可以通過wait(long)方法進入定時等待。基本上同WAITING.

• TERMINATED 結束狀態，RUNCABLE運行正常結束的線程的狀態就是TERMINATED

可以看出八股文不能亂背，之前傻呵呵背的八股文很有可能是錯誤的，比如線程的運行中狀態（RUNNING）,其實這個狀態根本不存在，RUNABLE狀態就已經包含了RUNNNING狀態了。

再回到標題的問題，為什么不能多次調用start方法，原因其實源碼的注釋上已經說明了，

/**
 * This method is not invoked for the main method thread or "system"
 * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
 * to this method in the future may have to also be added to the VM.
 *
 * A zero status value corresponds to state "NEW". 
 */

0狀態對應的是NEW,也就是說只有新建狀態的線程才能調用start方法，其他狀態的線程調用就會拋出異常，而一般第二次調用時，線程狀態肯定不是new狀態了。因此不可以多次調用。

線程池到底是如何復用的

經過多次的反復調試，原理其實很簡單，比如以下代碼：

public void testThreadPool() {

    ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(1, 3, 10L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue(3));
    threadPoolExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
    for (int i=0; i<5; i++) {

        threadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                ThreadUtils.doSleep(10000L);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--運行");
            }
        });
    }

    threadPoolExecutor.shutdown();
}

其中循環往threadPoolExecutor中添加的是自定義的業務任務。而真正去運行任務的是線程池中新建的一個線程。因此這里的復用指的是線程池創建出來得這個線程，這個線程并不會銷毀，而是循環去隊列中獲取任務。千萬不可理解為線程池復用的線程是使用者自定義的那個業務任務。具體的復用最核心的代碼就是下面這段：

while (task != null || (task = getTask()) != null) {
    w.lock();
    // If pool is stopping, ensure thread is interrupted;
    // if not, ensure thread is not interrupted.  This
    // requires a recheck in second case to deal with
    // shutdownNow race while clearing interrupt
    if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
         (Thread.interrupted() &&
          runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
        !wt.isInterrupted())
        wt.interrupt();
    try {
        beforeExecute(wt, task);
        Throwable thrown = null;
        try {
            task.run();
        } catch (RuntimeException x) {
            thrown = x; throw x;
        } catch (Error x) {
            thrown = x; throw x;
        } catch (Throwable x) {
            thrown = x; throw new Error(x);
        } finally {
            afterExecute(task, thrown);
        }
    } finally {
        task = null;
        w.completedTasks++;
        w.unlock();
    }
}

這段代碼是runworker中的一段代碼，線程就是通過循環去獲取隊列中的任務來達到線程復用的，前臺創建多個runable對象，將任務放到runable中，然后將runable放到隊列中，線程池創建線程，線程持續循環獲取隊列中的任務。這就是線程池的實現邏輯。

下面嘗試自己去實現一個線程池：該線程只是為了模擬線程池的運行，并未做線程安全的考慮，也未做非核心線程超時回收等功能。

package com.cz.lock.distributed.impl.redis;

import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;

/**
 * @program: Reids
 * @description: 自定義線程池
 * @author: Cheng Zhi
 * @create: 2023-02-28 09:28
 **/
public class JefThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {

    /**
     * 使用隊列來保存現有的worker
     */
    private final BlockingQueue<Worker> workers = new LinkedBlockingQueue<Worker>();

    private static int coreThreadCount = 5;
    private static int maxThreadCount = 10;
    private static int defaultQueueSize = maxThreadCount * 5;
    private static BlockingQueue<Runnable> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(defaultQueueSize);
    /**
     * 默認線程池
     */
    JefThreadPoolExecutor() {
        this(coreThreadCount, maxThreadCount, blockingQueue);
    }
    /**
     * 可以自定義的線程池
     * @param coreThreadCount
     * @param maxThreadCount
     * @param blockingQueue
     */
    JefThreadPoolExecutor(int coreThreadCount, int maxThreadCount, BlockingQueue blockingQueue) {
        this.blockingQueue = blockingQueue;
        this.coreThreadCount = coreThreadCount;
        this.maxThreadCount = maxThreadCount;
    }

    @Override
    public void shutdown() {

    }

    @Override
    public List<Runnable> shutdownNow() {
        return null;
    }

    @Override
    public boolean isShutdown() {
        return false;
    }

    @Override
    public boolean isTerminated() {
        return false;
    }

    @Override
    public boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return false;
    }

    @Override
    public void execute(Runnable command) {

        int currentWorkCount = workers.size(); // 當前創建的線程總數
        if (currentWorkCount < coreThreadCount) { // 如果當前線程總數小于核心線程數，則新建線程
            Worker worker = new Worker(command);
            final Thread thread = worker.thread;
            thread.start();
            addWorker(worker);
            return;
        }
        if (!blockingQueue.offer(command) && currentWorkCount <= maxThreadCount) { // 隊列可以正常放入則返回true，如果滿了返回false
            // 隊列如果滿了，需要創建新的線程
            Worker worker = new Worker(command);
            final Thread thread = worker.thread;
            thread.start();
            addWorker(worker);
            return;
        } else if (currentWorkCount > maxThreadCount){
            System.out.println("線程池滿了....沒有多余的線程了");
        }


    }

    public void addWorker(Worker worker) {
        workers.add(worker);
    }

    public Runnable getTask() {
        Runnable poll = blockingQueue.poll();
        return poll;
    }

    public void runWorker(Worker worker) {

        Runnable task = worker.firstTask; // 獲取到new Worker時傳入的那個任務，并在下面運行
        if (task != null) {
            task.run();
        }
        worker.firstTask = null;
        // 循環從隊列中獲取任務處理
        while((task = getTask()) != null) {
            task.run();
        }
    }

    /**
     * 匿名內部類
     */
    private class Worker implements Runnable{

        volatile int state = 0;
        public Runnable firstTask;
        final Thread thread;
        public Worker(Runnable firstTask) {
            this.firstTask = firstTask;
            thread = new Thread(this);
        }

        @Override
        public void run() {
            runWorker(this);
        }
    }
}

使用方式：

/**
 * 使用默認配置
 */
public static void singleThreadPoolExecutor() {
    JefThreadPoolExecutor jefThreadPoolExecutor = new JefThreadPoolExecutor();
    for (int i=0; i<10; i++) {
        jefThreadPoolExecutor.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--運行");
            }
        });
    }
}

/**
 * 自定義配置
 */
public static void diyThreadPoolExecutor() {
    JefThreadPoolExecutor jefThreadPoolExecutor = new JefThreadPoolExecutor(2, 10, new ArrayBlockingQueue(50));

    for (int i=0; i<500; i++) {
        jefThreadPoolExecutor.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--運行");
            }
        });
    }
}

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