如何手写一个线程池？

手写一个异步工具类
我是小识，新来了一个公司。这个公司呢，有个特点，就是很鼓励大家封装各种实用的工具类，提高开发效率。

于是我就到处看项目的源码，看看有没有什么能改进的？果然让我发现了。项目中到处充斥着 new Thread 类来异步执行代码的逻辑

new Thread(r).start();

我们可以封装一个异步工具类啊

第一版

说干就干，把上面的代码简单封装一下，一个简单的异步工具类就封装好了

public interface Executor {
    void execute(Runnable r);
}

public class AsyncExecutorV1 implements Executor {
    @Override
    public void execute(Runnable r) {
        new Thread(r).start();
    }
}

于是开开心心的提交了 merge request

第二版

正当我满怀期待工具类代码能被合并的时候，没想代码被组长杰哥打回来了

「杰哥」：有心封装工具类值得鼓励，不过还可以改进一下

「小识」：还能再改进？没感觉我这个工具类还有改进的余地啊

「杰哥」：假如说有10000个异步任务，你这创建10000个线程，资源耗费太严重了！

「小识」：这样啊，那我加个队列，任务都放到队列中，用一个线程从队列中取任务执行

public class AsyncExecutorV2 implements Executor {
    private BlockingQueue<Runnable> workQueue;

    public AsyncExecutorV2(BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        this.workQueue = workQueue;
        WorkThread workThread = new WorkThread();
        workThread.start();
    }

    @SneakyThrows
    @Override
    public void execute(Runnable r) {
        workQueue.add(r);
    }

    class WorkThread extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                Runnable task = null;
                try {
                    task = workQueue.take();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                task.run();
            }
        }
    }
}

第三版

「小识」：杰哥，快帮我看看，还有啥改进的没？

「杰哥」：小伙子不错啊，居然能想到用队列来缓冲任务，不愧是我招进来的人！但是用一个异步线程执行任务，你确定这个工具类比同步执行的效率快？

「小识」：哈哈，又一个工具类翻车的案例，应该多开几个异步线程来执行任务，但是应该开多少呢？

「杰哥」：谁最清楚异步工具类应该用多少个线程来执行呢？

「小识」：使用工具类的人

「杰哥」：这不对了，你可以定义一个线程数量参数，让用户来决定开多少线程。「另外你这个工具类还个问题，队列满了会直接抛出异常！」

「小识」：那我增加一个拒绝策略类（RejectedExecutionHandler），当线程池满了让用户决定执行策略，比如直接抛异常，用当前线程同步执行任务

public class AsyncExecutorV3 implements Executor {

    private BlockingQueue<Runnable> workQueue;

    private List<WorkThread> workThreadList = new ArrayList<>();

    private RejectedExecutionHandler handler;

    public AsyncExecutorV3(int corePoolSize,
                           BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                           RejectedExecutionHandler handler) {
        this.workQueue = workQueue;
        this.handler = handler;
        for (int i = 0; i < corePoolSize; i++) {
            WorkThread workThread = new WorkThread();
            workThread.start();
            workThreadList.add(workThread);
        }
    }

    @SneakyThrows
    @Override
    public void execute(Runnable r) {
        if (!workQueue.offer(r)) {
            // 队列满了，执行拒绝策略
            handler.rejectedExecution(r);
        }
    }

    class WorkThread extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                Runnable task = null;
                try {
                    task = workQueue.take();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                task.run();
            }
        }
    }
}

// 拒绝策略类
public interface RejectedExecutionHandler {

    void rejectedExecution(Runnable r);
}

// 当线程池满了之后直接抛出异常
public class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler {

    @Override
    public void rejectedExecution(Runnable r) {
        throw new RuntimeException("queue is full");
    }
}

// 当线程池满了之后，用提交任务的线程同步执行任务
public class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {

    @Override
    public void rejectedExecution(Runnable r) {
        r.run();
    }
}

再次提交 merge request，终于被合并了，别的团队都开始使用我的工具类了！开心

过了几天小亮急匆匆找到我

「小亮」：小识，你的工具类挺好用的。但是我最近遇到了一个问题，我用了CountDownLatch批量执行任务，但是我这个任务好像卡住了，我用jstack想看看线程的执行情况，快告诉我你异步线程的名字设置的是啥？

「小识」：哎呀，我们没设置线程的名字，应该用的是默认的线程名字 Thread-n

「小亮」：你可得给工具类加个线程名字的参数啊，不然一个一个看线程的状态太累了，而且效率也不高

 
「小识」：我这就加

第四版

赶紧加了一个线程名字的参数，然后再次提交代码

「杰哥」：哎呀，没想到我也疏忽了，没发现这个问题，确实应该加个线程名字的参数，代码的可扩展性太重要了，改来改去可不行

「小识」：是啊

「杰哥」：你觉得你只加一个线程名字参数，可扩展性高吗？如果有的团队想修改异步线程的优先级，你再加个优先级参数？

「小识」：感觉不太行，那让用户把线程传给我吧

「杰哥」：哈哈，可以，你还可以用工厂模式优化一下，用户传入线程工厂类，工具类用工厂类创建线程

「小识」：不愧是杰哥，这样一来代码更清爽了！

public class AsyncExecutorV4 implements Executor {

    private BlockingQueue<Runnable> workQueue;

    private List<WorkThread> workThreadList = new ArrayList<>();

    private RejectedExecutionHandler handler;

    public AsyncExecutorV4(int corePoolSize,
                           BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                           RejectedExecutionHandler handler,
                           ThreadFactory threadFactory) {
        this.workQueue = workQueue;
        this.handler = handler;
        for (int i = 0; i < corePoolSize; i++) {
         // 用工厂类创建线程
            WorkThread workThread = threadFactory.newThread();
            workThread.start();
            workThreadList.add(workThread);
        }
    }

    @SneakyThrows
    @Override
    public void execute(Runnable r) {
        if (!workQueue.offer(r)) {
            handler.rejectedExecution(r);
        }
    }

    // 异步线程
    public class WorkThread extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                Runnable task = null;
                try {
                    task = workQueue.take();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                task.run();
            }
        }
    }

    // 异步线程工厂类
    public interface ThreadFactory {
        WorkThread newThread();
    }
}

代码提交之后，小亮给线程起了一个名字，async-thread，现在他通过名字很快就能知道线程池中的线程在干嘛了！

 
大家不断的进行改进
随着这个异步工具类在公司内部使用的越来越多，大家也提交了很多改进的代码

1. 按需创建线程，不要一开始就创建「corePoolSize」个线程，而是在调用者提交任务的过程中逐渐创建出来，最后创建了「corePoolSize」个就不再创建了
2. 提高工具的弹性，当任务突增时，队列会被放满，然后多余的任务有可能会被直接扔掉。当然我们可以把「corePoolSize」设的很大，但是这样并不优雅，因为大部分情况下是用不到这么多线程的。当任务突增时，我们可以适当增加线程，提高执行速度，当然创建的总线程数还是要限制一下的，我们把能创建的总数定为「maximumPoolSize」把
3. 及时关闭不需要的线程，当任务突增时，线程数可能增加到「maximumPoolSize」，但是大多数时间「corePoolSize」个线程就足够用了，因此可以定义一个超时时间，当一个线程在「keepAliveTime」时间内没有执行任务，就把它给关掉
   异步工具类执行流程图
   经过大家的不断改进之后，构造函数中的参数也越来越多了，杰哥让我写个文档吧，把这个异步工具类的构造函数和执行流程总结一下，不然新来的小伙伴看到这个工具类一脸懵可不行！

这个工具类的构造函数目前有如下7个参数

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler)

「执行流程图如下」

对了，最后大家给这个异步工具类起了一个牛逼的名字，「线程池」

文章转自公众号：Java识堂