实现java简单的线程池

拆分实现流程

请看下面这张图

实现java简单的线程池

首先我们得对线程池进行一个功能拆分

Thread Pool 就是我们的线程池，t1，t2，t3代表三个线程
Blocking Queue代表阻塞队列
main代表main方法的线程
task1，task2，task3代表要执行的每个任务

现在我们梳理一下执行的流程，注意这里是简略版的，文章后面我会给出详细版的

实现java简单的线程池

所以此时，我们发现了需要创建几个类，或者说几个角色，分别是

线程池
工作线程
阻塞队列
拒绝策略（干嘛的？就是当线程数已经满了，并且阻塞队列也满了，还有任务想进入阻塞队列的时候，就可以拒绝这个任务）

实现方式

1.拒绝策略

/**
 * 拒绝策略
 */
@FunctionalInterface
interface RejectPolicy<T>{
	//queue就是我们自己实现的阻塞队列，task是任务
    void reject(BlockingQueue<T> queue,T task);
}

2.阻塞队列

我们需要实现四个方法，获取和添加，超时获取和超时添加，至于方法实现的细节，我都备注了大量的注释进行解释。

/**
 * 阻塞队列
 */
class BlockingQueue<T>{
    //阻塞队列
    private Deque<T> queue = new ArrayDeque<>();

    //锁
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    //生产者条件变量
    private Condition fullWaitSet = lock.newCondition();

    //消费者条件变量
    private Condition emptyWaitSet = lock.newCondition();

    //容量
    private int capacity;

    public BlockingQueue(int capacity){
        this.capacity = capacity;
    }

    //带有超时阻塞获取
    public T poll(long timeout, TimeUnit timeUnit){
        lock.lock();
        try {
            //将timeout统一转换为纳秒
            long nanos = timeUnit.toNanos(timeout);
            while(queue.isEmpty()){
                try {
                    if(nanos <= 0){
                        //小于0，说明上次没有获取到，代表已经超时了
                        return null;
                    }
                    //返回值是剩余的时间
                    nanos = emptyWaitSet.awaitNanos(nanos);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            T t = queue.removeFirst();
            //通知生产者
            fullWaitSet.signal();
            return t;
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    //阻塞获取
    public T take(){
        lock.lock();
        try{
            while(queue.isEmpty()){ //如果任务队列为空，代表线程池没有可以执行的内容
                try {
                     /*
                    也就说此时进来的线程是执行不了任务的，所以此时emptyWaitSet消费者要进行阻塞状态
                    等待下一次唤醒，然后继续判断队列是否为空
                     */
                    emptyWaitSet.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            /*
            代码执行到这里。说明任务队列不为空，线程池就从任务队列拿出一个任务出来执行
            也就是说把阻塞队列的一个任务出队
             */
            T t = queue.removeFirst();
            /*
            然后唤醒之前存放在生成者Condition休息室，因为由于之前阻塞队列已满，fullWaitSet才会进入阻塞状态
            所以当阻塞队列删除了任务，就要唤醒之前进入阻塞状态的fullWaitSet
             */
            fullWaitSet.signal();
            //返回任务
            return t;
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    //阻塞添加
    public void put(T task){
        lock.lock();
        try {
            while(queue.size() == capacity){    //任务队列满了
                try {
                    System.out.println("等待加入任务队列"+task);
                    /*
                    也就说此时进来的任务是进不了阻塞队列的，已经满了，所以此时生产者Condition要进入阻塞状态
                    等待下一次唤醒，然后继续判断队列是否为空
                     */
                    fullWaitSet.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            //任务队列还未满
            System.out.println("加入任务队列"+task);
            //把任务加入阻塞队列
            queue.addLast(task);
            /*
            然后唤醒之前存放在消费者Condition休息室，因为由于之前阻塞队列为空，emptyWaitSet才会进入阻塞状态
            所以当阻塞队列加入了任务，就要唤醒之前进入阻塞状态的emptyWaitSet
             */
            emptyWaitSet.signal();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    //带超时阻塞时间添加
    public boolean offer(T task,long timeout,TimeUnit timeUnit){
        lock.lock();
        try {
            long nanos = timeUnit.toNanos(timeout);
            while(queue.size() == capacity){
                try {
                    if(nanos < 0){
                        return false;
                    }
                    System.out.println("等待加入任务队列"+task);
                    //不会一直阻塞，超时就会继续向下执行
                    nanos = fullWaitSet.awaitNanos(nanos);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("加入任务队列"+task);
            queue.addLast(task);
            emptyWaitSet.signal();
            return true;
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    //获取任务数量
    public int size(){
        lock.lock();
        try{
            return queue.size();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    //尝试添加任务，如果阻塞队列已经满了，就使用拒绝策略
    public void tryPut(RejectPolicy<T> rejectPolicy, T task){
        lock.lock();
        try {
            //判断队列是否已满
            if(queue.size() == capacity){
                rejectPolicy.reject(this,task);
            }else{  //有空闲
                System.out.println("加入任务队列"+task);
                queue.addLast(task);
                emptyWaitSet.signal();
            }
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

3.线程池和工作线程

我把工作线程当成线程池的内部类去实现。方便调用变量。

/**
 * 线程池
 */
class ThreadPool{
    //阻塞队列
    private BlockingQueue<Runnable> taskQueue;

    //线程集合
    private HashSet<Worker> workers = new HashSet<>();

    //核心线程数
    private int coreSize;

    //获取任务的超时时间
    private long timeout;

    private TimeUnit timeUnit;

    private RejectPolicy<Runnable> rejectPolicy;

    public ThreadPool(int coreSize, long timeout, TimeUnit timeUnit, int queueCapacity,RejectPolicy<Runnable> rejectPolicy) {
        this.coreSize = coreSize;
        this.timeout = timeout;
        this.timeUnit = timeUnit;
        this.taskQueue = new BlockingQueue<>(queueCapacity);
        this.rejectPolicy = rejectPolicy;
    }

    //执行任务
    public void execute(Runnable task){
        synchronized (workers){
            if(workers.size() <= coreSize){  //当前的线程数小于核心线程数
                Worker worker = new Worker(task);
                workers.add(worker);
                //让线程开始工作，执行它的run方法
                worker.start();
            }else{
                // 1) 死等
                // 2) 带超时等待
                // 3) 让调用者放弃任务执行
                // 4) 让调用者抛出异常
                // 5) 让调用者自己执行任务
                taskQueue.tryPut(rejectPolicy,task);
            }
        }
    }

    /**
     * 工作线程，也就是线程池里面的线程
     */
    class Worker extends Thread{
        private Runnable task;
        public Worker(Runnable task){
            this.task = task;
        }

        @Override
        public void run() {
            //执行任务
            // 1) 当 task 不为空，执行任务
            // 2) 当 task 执行完毕，再接着从任务队列获取任务并执行
            while (task != null || (task = taskQueue.poll(timeout, timeUnit)) != null) {
                try {
                    System.out.println("正在执行的任务" + task);
                    task.run();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    //代表这个任务已经执行完了
                    task = null;
                }
            }
            synchronized (workers) {
                System.out.println("worker 被移除" + this);
                workers.remove(this);
            }
        }
    }
}