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[Java知识库]【java】实现一个简陋的线程池

现在我有一个任务,希望异步执行,首先就考虑创建一个线程嘛

第一版

package com.su.demo.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @ClassName Demo
 * @Description TODO
 * @Author Hangover
 * @Date 2022/3/30 10:32
 **/

@Slf4j
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        FlashExecutor flashExecutor = new FlashExecutor();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int temp = i;
            flashExecutor.execute(()->{
                log.debug("当前线程名称:{}",Thread.currentThread().getName());
                log.debug("打印当前数值:{}",temp);
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            });
        }

    }

}


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

就是一个任务对应创建一个线程去执行,显而易见,缺点是十分明显的。

在这里插入图片描述

第二版

package com.su.demo;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.*;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @ClassName Server
 * @Description TODO
 * @Author Hangover
 * @Date 2022/3/10 8:52
 **/

@Slf4j
public class Main {
    public static void main(String[] args) {


        /**
         * 任务队列容量为10,但是有一百个任务需要执行
         */
        FlashExecutor flashExecutor = new FlashExecutor(10);

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            int temp = i;
            flashExecutor.execute(()->{
                log.debug("当前线程名称:{}",Thread.currentThread().getName());
                log.debug("打印当前数值:{}",temp);
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            });

            log.info("主线程循环次数:{}",temp);
        }

    }
}

@Slf4j
class FlashExecutor implements Executor {
    Worker worker;

    //任务队列
    ArrayBlockingQueue<Runnable> taskQueue;

    int queueCapacity;

    public FlashExecutor(int queueCapacity) {

        this.queueCapacity = queueCapacity;
        taskQueue = new ArrayBlockingQueue<>(queueCapacity);

        worker = new Worker(null);
        worker.start();
    }

    @Override
    public void execute(Runnable command) {

        //当任务队列不满的时候
        if(taskQueue.size() < queueCapacity){
            try {
                taskQueue.add(command);
            } catch (Exception e) {
                log.debug("任务队列已满,无法继续添加任务");
                e.printStackTrace();
            }
            log.debug("向任务队列中添加一个任务:{}",command);
        }


    }

    class Worker extends Thread{

        private Runnable task;

        public Worker(Runnable task) {
            this.task = task;
        }

        @Override
        public void run() {
            //task不为空直接执行task
            //task执行完毕,从任务队列里获取任务

            while (true){
                if(task != null ){
                    try{
                        log.debug("正在执行...{}",task);
                        task.run();


                    }catch (Exception e){
                        e.printStackTrace();
                    }finally {
                        task = null;
                    }
                }else{

                    if(!taskQueue.isEmpty()){
                        try {
                            task = taskQueue.remove();
                        } catch (Exception e) {
                            log.info("任务队列为空,无法获取任务");
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }

            }
        }

    }
}

把任务丢到一个任务队列中,然后只启动一个worker线程,不断地从任务队列中获取任务,执行任务
缺点:当任务队列满了之后,会抛弃任务。

小步前进,实现不会丢弃任务

调用put()、take()方法

package com.su.demo;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.*;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @ClassName Server
 * @Description TODO
 * @Author Hangover
 * @Date 2022/3/10 8:52
 **/

@Slf4j
public class Main {
    public static void main(String[] args) {


        /**
         * 任务队列容量为10,但是有一百个任务需要执行
         */
        FlashExecutor flashExecutor = new FlashExecutor(10);

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            int temp = i;
            flashExecutor.execute(()->{
                log.debug("当前线程名称:{}",Thread.currentThread().getName());
                log.debug("打印当前数值:{}",temp);
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            });

            log.info("主线程循环次数:{}",temp);
        }

    }
}

@Slf4j
class FlashExecutor implements Executor {
    Worker worker;

    //任务队列
    ArrayBlockingQueue<Runnable> taskQueue;

    int queueCapacity;

    public FlashExecutor(int queueCapacity) {

        this.queueCapacity = queueCapacity;
        taskQueue = new ArrayBlockingQueue<>(queueCapacity);

        worker = new Worker(null);
        worker.start();
    }

    @Override
    public void execute(Runnable command) {


        try {
            //当任务队列满时,会进入阻塞状态
            taskQueue.put(command);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        log.debug("向任务队列中添加一个任务:{}",command);


    }

    class Worker extends Thread{

        private Runnable task;

        public Worker(Runnable task) {
            this.task = task;
        }

        @Override
        public void run() {
            //task不为空直接执行task
            //task执行完毕,从任务队列里获取任务

            while (true){
                if(task != null){
                    try{
                        log.debug("正在执行...{}",task);
                        task.run();


                    }catch (Exception e){
                        e.printStackTrace();
                    }finally {
                        task = null;
                    }
                }else{
                    try {
                        //当任务队列为空时,会阻塞
                        task = taskQueue.take();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

            }
        }

    }
}

在这里插入图片描述

缺点:只有一个线程执行任务,太慢。如果有多个线程执行任务就好了。
还有就是线程一直死循环从任务队列中获取任务。

小步前进 自己实现一个阻塞队列

package com.su.demo;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.*;
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @ClassName Server
 * @Description TODO
 * @Author Hangover
 * @Date 2022/3/10 8:52
 **/

@Slf4j
public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        FlashExecutor flashExecutor = new FlashExecutor(10);

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            int temp = i;
            flashExecutor.execute(()->{
                log.debug("当前线程名称:{}",Thread.currentThread().getName());
                log.debug("打印当前数值:{}",temp);
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            });
        }

    }
}

@Slf4j
class FlashExecutor implements Executor {
    Worker worker;
    BlockQueue<Runnable> taskQueue;

    public FlashExecutor(int queueCapacity) {
        taskQueue = new BlockQueue<>(queueCapacity);
    }

    @Override
    public void execute(Runnable command) {

        if(worker == null){
            worker = new Worker(command);
            worker.start();
        }else{
            taskQueue.put(command);
        }

    }

    class Worker extends Thread{

        private Runnable task;

        public Worker(Runnable task) {
            this.task = task;
        }

        @Override
        public void run() {
            //task不为空直接执行task
            //task执行完毕,从任务队列里获取任务

            while (true){
                if(task != null || (task = taskQueue.take()) != null){
                    try{
                        log.debug("正在执行...{}",task);
                        task.run();
                    }catch (Exception e){
                        e.printStackTrace();
                    }finally {
                        task = null;
                    }
                }
            }
        }

    }
}

class BlockQueue<T>{
    private Deque<T> queue = new ArrayDeque<>();

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


    //两个条件变量
    private Condition fullWaitSet = lock.newCondition();

    private Condition emptyWaitSet = lock.newCondition();

    //容量
    private int capacity;


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




    public T take(){
        lock.lock();

        try{
            while (queue.isEmpty()) {
                try {
                    emptyWaitSet.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            fullWaitSet.signal();
            return queue.removeFirst();
        }finally {
            lock.unlock();
        }

    }

    public void put(T element){
        lock.lock();
        try{
            while (queue.size() == capacity) {
                try {
                    fullWaitSet.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            queue.addLast(element);
            emptyWaitSet.signal();


        }finally {
            lock.unlock();
        }

    }

    //获取队列大小
    public int size(){
        lock.lock();
        try{
            return queue.size();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }




}

在这里插入图片描述

这个时候只有一个线程执行任务,它说它太累了啊。短时间内处理不完太多任务,万一任务队列满了。

@Slf4j
public class Main {
    public static void main(String[] args) {


        /**
         * 任务队列容量为10,但是有一百个任务需要执行
         */
        FlashExecutor flashExecutor = new FlashExecutor(10);

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            int temp = i;
            flashExecutor.execute(()->{
                log.debug("当前线程名称:{}",Thread.currentThread().getName());
                log.debug("打印当前数值:{}",temp);
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            });
        }

    }
}

第三版

希望实现可以有多个线程同时执行任务队列中的任务
初始化时,直接启动corePoolSize个工作线程先跑着,
然后死循环不断地从任务队列中获取任务,执行任务。

package com.su.demo;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.*;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @ClassName Server
 * @Description TODO
 * @Author Hangover
 * @Date 2022/3/10 8:52
 **/

@Slf4j
public class Main {
    public static void main(String[] args) {


        /**
         * 任务队列容量为10,但是有一百个任务需要执行
         */
        FlashExecutor flashExecutor = new FlashExecutor(2,10);

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            int temp = i;
            flashExecutor.execute(()->{
                log.debug("当前线程名称:{},打印当前数值:{}",Thread.currentThread().getName(),temp);
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            });

            log.info("主线程循环次数:{}",temp);
        }

    }
}

@Slf4j
class FlashExecutor implements Executor {
    Worker[] workers;

    //任务队列
    ArrayBlockingQueue<Runnable> taskQueue;

    //队列容量
    int queueCapacity;


    //核心线程数
    int corePoolSize;

    public FlashExecutor(int corePoolSize,int queueCapacity) {

        this.queueCapacity = queueCapacity;
        taskQueue = new ArrayBlockingQueue<>(queueCapacity);
        this.corePoolSize =corePoolSize;

        workers = new Worker[corePoolSize];

        for (int i = 0; i < this.corePoolSize; i++) {
            workers[i] = new Worker(null);
            workers[i].start();
        }


    }

    @Override
    public void execute(Runnable command) {


        try {
            //当任务队列满时,会进入阻塞状态
            taskQueue.put(command);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        log.debug("向任务队列中添加一个任务:{}",command);


    }

    class Worker extends Thread{

        private Runnable task;

        public Worker(Runnable task) {
            this.task = task;
        }

        @Override
        public void run() {
            //task不为空直接执行task
            //task执行完毕,从任务队列里获取任务

            while (true){
                if(task != null){
                    try{
                        log.debug("正在执行...{}",task);
                        task.run();


                    }catch (Exception e){
                        e.printStackTrace();
                    }finally {
                        task = null;
                    }
                }else{
                    try {
                        //当任务队列为空时,会阻塞
                        task = taskQueue.take();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

            }
        }

    }
}

第四版

package com.su.demo.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;
import java.util.HashSet;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @ClassName Main
 * @Description TODO
 * @Author Hangover
 * @Date 2022/3/27 16:26
 **/
@Slf4j(topic = "hang.Main")
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadPool threadPool = new ThreadPool(2, 1000, TimeUnit.MICROSECONDS, 10);


        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            int temp = i;
            threadPool.execute(()->{
                log.debug("打印当前值:{}",temp);
            });
        }
    }
}

@Slf4j(topic = "hang.ThreadPool")
class ThreadPool{

    //任务队列
    private BlockQueue<Runnable> taskQueue;


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

    //核心线程数
    private int coreSize;

    //超时时间,没有任务时,
    private long timeout;

    private TimeUnit timeUnit;

    public ThreadPool(int coreSize, long timeout, TimeUnit timeUnit,int queueCapacity) {
        this.coreSize = coreSize;
        this.timeout = timeout;
        this.timeUnit = timeUnit;

        this.taskQueue = new BlockQueue<>(queueCapacity);
    }

    //执行任务
    public void execute(Runnable task){
        //任务数没有超过核心线程数,直接交给worker对象
        if(workers.size() < coreSize){

            Worker worker = new Worker(task);
            log.debug("新增 worker:{},任务:{}",worker,task);
            workers.add(worker);

            worker.start();
        }else{
            log.debug("加入任务队列{}",task);
            taskQueue.put(task);
        }


        //否则加入任务队列

    }

    class Worker extends Thread{

        private Runnable task;

        public Worker(Runnable task) {
            this.task = task;
        }

        @Override
        public void run() {
            //task不为空直接执行task
            //task执行完毕,从任务队列里获取任务

            while (task != null || (task = taskQueue.take()) != null){
                try{
                    log.debug("正在执行...{}",task);
                    task.run();
                }catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }finally {
                    task = null;
                }
            }
            synchronized (workers){
                log.debug("worker被移除...{}",this);
                workers.remove(this);
            }
        }
    }

}

class BlockQueue<T>{
    private Deque<T> queue = new ArrayDeque<>();

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


    //两个条件变量
    private Condition fullWaitSet = lock.newCondition();

    private Condition emptyWaitSet = lock.newCondition();

    //容量
    private int capacity;


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

    /**
     * 带超时的阻塞获取
     */

    public T poll(long timeout, TimeUnit unit){
        lock.lock();

        try{
            //将timeout统一转换为纳秒
            long nanos = unit.toNanos(timeout);

            while (queue.isEmpty()) {
                try {
                    //虚假等待问题
                    if(nanos <= 0){
                        return null;
                    }

                    nanos = emptyWaitSet.awaitNanos(nanos);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            fullWaitSet.signal();
            return queue.removeFirst();
        }finally {
            lock.unlock();
        }


    }



    public T take(){
        lock.lock();

        try{
            while (queue.isEmpty()) {
                try {
                    emptyWaitSet.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            fullWaitSet.signal();
            return queue.removeFirst();
        }finally {
            lock.unlock();
        }

    }

    public void put(T element){
        lock.lock();
        try{
            while (queue.size() == capacity) {
                try {
                    fullWaitSet.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            queue.addLast(element);
            emptyWaitSet.signal();


        }finally {
            lock.unlock();
        }

    }

    //获取队列大小
    public int size(){
        lock.lock();
        try{
            return queue.size();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }




}
















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加:2022-03-31 23:49:43  更:2022-03-31 23:51:50 
 
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