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注:java源碼分析部分如無特殊說明均基于 java8 版本。
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整個并發(fā)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(jié),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。
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,用于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,基于工作竊取理論實現,運用于大任務拆小任務、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);
線程池頂級接口,只定義了一個執(zhí)行無返回值任務的方法。
public interface Executor {
// 執(zhí)行無返回值任務,本文由公從號“彤哥讀源碼”原創(chuàng)
void execute(Runnable command);
}
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(zhí)行有返回值任務、批量執(zhí)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(zhí)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(zhí)行的任務將不再執(zhí)行
// 被迫停止及未執(zhí)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()之后調用才有可能為true
boolean isTerminated();
// 在指定時間內線程池達到終止狀態(tài)了才會返回true
boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException;
// 執(zhí)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(zhí)行有返回值的任務,任務的返回值為這里傳入的result
// 當然只有當任務執(zhí)行完成了調用get()時才會返回
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
// 執(zhí)行有返回值的任務,任務的返回值為null
// 當然只有當任務執(zhí)行完成了調用get()時才會返回
Future<?> submit(Runnable task);
// 批量執(zhí)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(zhí)行任務,未執(zhí)行完成的任務將被取消
// 這里的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(zhí)行結果,未執(zhí)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(zhí)行結果,未執(zhí)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;
}
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(zhí)行一次,重復多次執(zhí)行。
public interface ScheduledExecutorService extends ExecutorService {
// 在指定延時后執(zhí)行一次
public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command,
long delay, TimeUnit unit);
// 在指定延時后執(zhí)行一次
public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable,
long delay, TimeUnit unit);
// 在指定延時后開始執(zhí)行,并在之后以指定時間間隔重復執(zhí)行(間隔不包含任務執(zhí)行的時間)
// 相當于之后的延時以任務開始計算,本文由公從號“彤哥讀源碼”原創(chuàng)
public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,
long initialDelay,
long period,
TimeUnit unit);
// 在指定延時后開始執(zhí)行,并在之后以指定延時重復執(zhí)行(間隔包含任務執(zhí)行的時間)
// 相當于之后的延時以任務結束計算
public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
long initialDelay,
long delay,
TimeUnit unit);
}
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(zhí)行有返回值任務、批量執(zhí)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,這里的submit()方法對傳入的任務都包裝成了FutureTask來進行處理,這是什么東西呢?歡迎關注后面的章節(jié)。
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里面,比如線程的創(chuàng)建、任務的處理、拒絕策略等,我們后面單獨分析這個類。
定時任務線程池類,用于實現定時任務相關功能,將任務包裝成定時任務,并按照定時策略來執(zhí)行,我們后面單獨分析這個類。
問題:你知道定時任務線程池類使用的是什么隊列嗎?
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,都是基于工作竊取理論,特別適合于處理歸并排序這種先分后合的場景。
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,彤哥我并不這么認為,只要能掌握其源碼,知道其利敝偶爾還是可以用的,后面我們再來說這個事。
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。定時任務線程池中并沒有直接使用并發(fā)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。
延時隊列使用什么數據結構來實現的呢?
答:堆(DelayQueue中使用的是優(yōu)先級隊列,而優(yōu)先級隊列使用的堆;DelayedWorkQueue直接使用的堆)。
關于延時隊列、優(yōu)先級隊列和堆的相關內容點擊下面的鏈接直達:
死磕 java集合之DelayQueue源碼分析
死磕 java集合之PriorityQueue源碼分析
拜托,面試別再問我堆(排序)了!
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文章名稱:死磕java線程系列之線程池深入解析——體系結構-創(chuàng)新互聯
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