【手写系列】手写线程池

article/2025/8/4 21:04:55

PS：本文的线程池为演示 Demo，皆在理解线程池的工作原理，并没有解决线程安全问题。

最简单一版的线程池

public class MyThreadPool {// 存放线程，复用已创建的线程List<Thread> threadList = new ArrayList<>();public void execute(Runnable command){Thread thread = new Thread(command);threadList.add(thread);thread.start();}
}

现在有个问题：创建出来的线程，是可复用的吗？

  • 答案是否定的。
  • 因为线程在执行完 runnable() 就结束，被销毁了。

思考两个问题：

  1. 线程什么时候创建
  2. 线程的 runnable() 方法是什么？是参数的 command 吗？
  • 线程的 runnable() 是一个死循环，不断从 commandList 取任务执行。
  • 参数的 command ，是 commandList（任务队列） 中的任务。

只有一个线程的线程池

简化一下问题：假设线程池现在只有一个线程，该如何设计呢？

  • List 中不在存放线程，存放提交的任务。
  • Thread 的 runnable() 不断去判断 taskList 中是否有任务。
public class MyThreadPool {// 存放线程池中的任务List<Runnable> commandList = new ArrayList<>();Thread thread = new Thread(() ->{while (true){if (!commandList.isEmpty()){Runnable task = commandList.remove(0);command.run();}}});public void execute(Runnable command){commandList.add(command);}
}

看似完美的单线程线程池，还有其他问题： while(true){} 循环中，CPU 一直在空转，浪费资源。

有没有一种容器，可以在容器中没有元素的时候阻塞，有元素的时候在获取？

  • 有的。 阻塞队列。
public class MyThreadPool {BlockingQueue<Runnable> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(1024);Thread thread = new Thread(() ->{while (true){try {// 一直阻塞，直到取出元素Runnable command = blockingQueue.take();command.run();} catch (InterruptedException e) {// 线程在阻塞、休眠时 被打断，都会抛出 InterruptedException 异常throw new RuntimeException(e);}}},"唯一线程");{thread.start();}public void execute(Runnable command){boolean offered = blockingQueue.offer(command);}}

线程池

单个线程的线程池，多数情况下是满足不了我们的需求的，需要多个线程共同来完成任务。

public class MyThreadPool {// 核心线程数private int corePoolSize = 10;// 核心线程集合List<Thread> coreList = new ArrayList<>();// 存放任务BlockingQueue<Runnable> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(1024);private final Runnable task = () ->{while (true){try {Runnable command = blockingQueue.take();command.run();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}};public void execute(Runnable command){// 小于核心线程数if (coreList.size() < corePoolSize){// 创建核心线程Thread thread = new Thread(task);coreList.add(thread);thread.start();}// 任务添加失败，说明阻塞队列满了，核心线程处理不过来if (!blockingQueue.offer(command)) {Thread thread = new Thread(task);coreList.add(thread);thread.start();return;}}
}

问题：阻塞队列满了，核心线程处理不过来了 该如何做呢？

  • 可以添加一些辅助线程，帮助核心线程处理任务。
public class MyThreadPool {private int corePoolSize = 10;private int maxSize = 16;List<Thread> coreList = new ArrayList<>();List<Thread> supportList = new ArrayList<>();BlockingQueue<Runnable> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(1024);private final Runnable task = () ->{while (true){try {Runnable command = blockingQueue.take();command.run();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}};public void execute(Runnable command){// 小于核心线程数if (coreList.size() < corePoolSize){// 创建核心线程Thread thread = new Thread(task);coreList.add(thread);thread.start();}// 任务添加成功if (blockingQueue.offer(command)) {return;}// 已创建的线程数 < 最大线程数if (coreList.size() + supportList.size() < maxSize){// 创建辅助线程Thread thread = new Thread(task);supportList.add(thread);thread.start();}// 任务添加失败if (!blockingQueue.offer(command)) {throw new RuntimeException("阻塞队列满了");}}
}

问题：一个线程如何在空闲的时候结束呢？

  • blockingQueue.take() ，阻塞一定时间我就认为空闲了，因为 在规定时间内取不到元素，说明阻塞队列不满。就应该结束辅助线程。
  • blockingQueue.poll(timeout,timeUnit) ，阻塞 指定的时间。
public class MyThreadPool {private int corePoolSize;private int maxSize;private int timeout;private TimeUnit timeUnit;private BlockingQueue<Runnable> blockingQueue;// 线程池参数交给使用者决定public MyThreadPool(int corePoolSize, int maxSize, int timeout, TimeUnit timeUnit,BlockingQueue<Runnable> blockingQueue) {this.corePoolSize = corePoolSize;this.maxSize = maxSize;this.timeout = timeout;this.timeUnit = timeUnit;this.blockingQueue = blockingQueue;}List<Thread> coreList = new ArrayList<>();List<Thread> supportList = new ArrayList<>();// 核心线程的任务private final Runnable coreTask = () ->{while (true){try {Runnable command = blockingQueue.take();command.run();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}};// 辅助线程的任务private final Runnable supportTask = () ->{while (true){try {Runnable command = blockingQueue.poll(timeout, timeUnit);if (command == null){break;}command.run();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}System.out.println("辅助线程结束了！");};public void execute(Runnable command){if (coreList.size() < corePoolSize){Thread thread = new Thread(coreTask);coreList.add(thread);thread.start();}if (blockingQueue.offer(command)) {return;}if (coreList.size() + supportList.size() < maxSize){Thread thread = new Thread(supportTask);supportList.add(thread);thread.start();}if (!blockingQueue.offer(command)) {throw new RuntimeException("阻塞队列满了");}}
}

coreTask、supportTask 封装为 CoreThread、SupportThread

public class MyThreadPool {private int corePoolSize;private int maxSize;private int timeout;private TimeUnit timeUnit;private BlockingQueue<Runnable> blockingQueue;public MyThreadPool(int corePoolSize, int maxSize, int timeout, TimeUnit timeUnit,BlockingQueue<Runnable> blockingQueue) {this.corePoolSize = corePoolSize;this.maxSize = maxSize;this.timeout = timeout;this.timeUnit = timeUnit;this.blockingQueue = blockingQueue;}List<Thread> coreList = new ArrayList<>();List<Thread> supportList = new ArrayList<>();public void execute(Runnable command){if (coreList.size() < corePoolSize){// 核心线程Thread thread = new CoreThread();coreList.add(thread);thread.start();}if (blockingQueue.offer(command)) {return;}if (coreList.size() + supportList.size() < maxSize){// 辅助线程Thread thread = new SupportThread();supportList.add(thread);thread.start();}if (!blockingQueue.offer(command)) {throw new RuntimeException("阻塞队列满了");}}class CoreThread extends Thread{@Overridepublic void run() {while (true){try {Runnable command = blockingQueue.take();command.run();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}}class SupportThread extends Thread{@Overridepublic void run() {while (true){try {Runnable command = blockingQueue.poll(timeout, timeUnit);if (command == null){break;}command.run();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}System.out.println("辅助线程结束了！");}}
}

问题：上述 command 第二次添加到阻塞队列失败了，除了抛异常，还有什么其他处理方式？

  • 定义一个 拒绝策略，由创建线程池的开发者决定。

最终版线程池

@FunctionalInterface
public interface RejectHandle {/*** 拒绝策略* @param rejectCommand 被拒绝的任务* @param threadPool 拒绝任务的线程池*/void reject(Runnable rejectCommand, MyThreadPool threadPool);}public class MyThreadPool {private final int corePoolSize;private final int maxSize;private final int timeout;private final TimeUnit timeUnit;private final BlockingQueue<Runnable> blockingQueue;private final RejectHandle rejectHandle;public MyThreadPool(int corePoolSize, int maxSize, int timeout, TimeUnit timeUnit, BlockingQueue<Runnable> blockingQueue, RejectHandle rejectHandler) {this.corePoolSize = corePoolSize;this.maxSize = maxSize;this.timeout = timeout;this.timeUnit = timeUnit;this.blockingQueue = blockingQueue;this.rejectHandle = rejectHandler;}List<Thread> coreList = new ArrayList<>();List<Thread> supportList = new ArrayList<>();public void execute(Runnable command){if (coreList.size() < corePoolSize){Thread thread = new CoreThread();coreList.add(thread);thread.start();}if (blockingQueue.offer(command)) {return;}if (coreList.size() + supportList.size() < maxSize){Thread thread = new SupportThread();supportList.add(thread);thread.start();}if (!blockingQueue.offer(command)) {// 执行拒绝策略rejectHandle.reject(command,this);}}class CoreThread extends Thread{@Overridepublic void run() {while (true){try {Runnable command = blockingQueue.take();command.run();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}}class SupportThread extends Thread{@Overridepublic void run() {while (true){try {Runnable command = blockingQueue.poll(timeout, timeUnit);if (command == null){break;}command.run();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}System.out.println("辅助线程结束了！");}}
}
public class Test {public static void main(String[] args) {MyThreadPool threadPool = new MyThreadPool(2,6,10, TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<>(10),((rejectCommand, Pool) -> {// 执行拒绝策略： 抛异常；丢弃阻塞队列中的第一个任务；丢弃当前任务 。。。} ));Runnable task = () -> {try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}System.out.println(Thread.currentThread().getName());};for (int i = 0;i < 5;i ++){threadPool.execute(task);}System.out.println("主线程没有被阻塞！");}
}

思考


http://www.hkcw.cn/article/mDPDFryLOT.shtml

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