前言

前面我们学习了几种常见的线程池的一些常见参数及基本使用,但对于底层的原理还是不太了解。本文我们来了解下线程池的内部结构,重点关注线程池内部的阻塞队列。

线程池内部结构

  1. 线程池管理器:

    主要负责线程池的创建、销毁、添加任务等管理操作,它是整个线程池的大管家。

  2. 工作线程:

    图中的线程 t0~t9,这些线程勤勤恳恳地从任务队列中获取任务并执行。

  3. 任务队列 作为一种缓冲机制,线程池会把当下没有处理的任务放入任务队列中,由于多线程同时从任务队列中获取任务是并发场景,此时就需要任务队列满足线程安全的要求,所以线程池中任务队列采用 BlockingQueue 来保障线程安全

  4. 任务 任务要求实现统一的接口,以便工作线程可以处理和执行。

阻塞队列

常见的线程池及对应内部所用的阻塞队列如下表所示:

线程池 所用阻塞队列
FixedThreadPool LinkedBlockingQueue
SingleThreadExecutor LinkedBlockingQueue
CachedThreadPool SynchronousQueue
ScheduledThreadPool DelayedWorkQueue
SingleThreadScheduledExecutor DelayedWorkQueue

5种线程池一共用了三种阻塞队列,LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue、DelayedWorkQueue。

LinkedBlockingQueue

对于 FixedThreadPool 和 SingleThreadExector 而言,它们使用的阻塞队列是容量为Integer.MAX_VALUE 的 LinkedBlockingQueue,可以认为是无界队列。由于 FixedThreadPool 线程池的线程数是固定的,所以没有办法增加特别多的线程来处理任务,这时就需要 LinkedBlockingQueue 这样一个没有容量限制的阻塞队列来存放任务。

注意:由于线程池的任务队列永远不会放满,所以线程池只会创建核心线程数量的线程,所以此时的最大线程数对线程池来说没有意义,因为并不会触发生成多于核心线程数的线程。

SynchronousQueue

​ 第二种阻塞队列是 SynchronousQueue,对应的线程池是 CachedThreadPool。线程池 CachedThreadPool 的最大线程数是 Integer 的最大值,可以理解为线程数是可以无限扩展的。CachedThreadPool 和上一种线程池 FixedThreadPool 的情况恰恰相反,FixedThreadPool 的情况是阻塞队列的容量是无限的,而这里 CachedThreadPool 是线程数可以无限扩展,所以 CachedThreadPool 线程池并不需要一个任务队列来存储任务,因为一旦有任务被提交就直接转发给线程或者创建新线程来执行,而不需要另外保存它们。

看SynchronousQueue的源码可知,它内部队列的长度始终为0,不存储任何任务。

我们自己创建使用 SynchronousQueue 的线程池时,如果不希望任务被拒绝,那么就需要注意设置最大线程数要尽可能大一些,以免发生任务数大于最大线程数时,没办法把任务放到队列中也没有足够线程来执行任务的情况。

DelayedWorkQueue

第三种阻塞队列是DelayedWorkQueue,它对应的线程池分别是 ScheduledThreadPool 和 SingleThreadScheduledExecutor,这两种线程池的最大特点就是可以延迟执行任务,比如说一定时间后执行任务或是每隔一定的时间执行一次任务。

DelayedWorkQueue 的特点是内部元素并不是按照放入的时间排序,而是会按照延迟的时间长短对任务进行排序,内部采用的是“”的数据结构。

之所以线程池 ScheduledThreadPool 和 SingleThreadScheduledExecutor 选择 DelayedWorkQueue,是因为它们本身正是基于时间执行任务的,而延迟队列正好可以把任务按时间进行排序,方便任务的执行。

总结

线程池主要由线程管理器、工作线程、任务队列、任务组成,其中线程管理器是管理工作线程的,任务队列是管理任务的。常见的几种线程池使用到的任务队列有LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue、DelayedWorkQueue三种。