【连载 05】自定义线程池（上）
1.4 自定义线程池
现在你已经对创建和使用线程池有了初步了解，包括线程池创建参数的认识，现在我们将目光放在对象参数上，看它们在实际使用中，能达到什么效果，这样可以加深我们对这些参数的理解，帮助我们在后面的使用当中更加得心应手。
1.4.1 等待队列
线程池等待队列的参数类型是BlockingQueue<Runnable>，这是一个Java接口，它的实现类比较多，在java.util.concurrent.Executors应用中，用到了两个实现类，分别是java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue和java.util.concurrent.SynchronousQueue。
1.LinkedBlockingQueue
LinkedBlockingQueue 是 Java 中的一个阻塞队列实现，它基于链表数据结构实现。它的特点是：
- FIFO（先进先出）。队列中的元素按照它们被插入的顺序进行处理，即先进入队列的元素将会被优先处理。
- 线程安全。
LinkedBlockingQueue是线程安全的，可以在并发访问和修改场景中，保障线程安全。 - 阻塞操作。
LinkedBlockingQueue支持阻塞操作，当队列为空时，消费线程可以阻塞在获取方法，知道队列中有新的元素可用；当队列已满，生产线程会阻塞在提交元素，直到队列有空闲接收新元素。 - 可选容量。
LinkedBlockingQueue可以选择是否设置容量限制，如果不设置容量限制，则队列容量默认java.lang.Integer#MAX_VALUE。
2.SynchronousQueue
SynchronousQueue是Java SDK中一种特殊的阻塞队列，它的最大的特点就是容量为零。SynchronousQueue容量是零，不保存任何元素。每一个提交元素的操作都要等待一个消费线程移除操作，反之也成立。
在创建java.util.concurrent.Executors#newCachedThreadPool(java.util.concurrent.ThreadFactory)线程池时就是用到SynchronousQueue。根据我们之前对线程池创建新线程的分析，当向等待队列提交任务时，调用了java.util.concurrent.SynchronousQueue#offer(E)方法时返回false，所以会直接进入创建新的线程逻辑，也就是java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor#addWorker方法。
3.LinkedBlockingDeque
LinkedBlockingDeque 是Java SDK提供的一个双端队列实现，它与LinkedBlockingQueue一样基于链表数据结构实现，不同的是LinkedBlockingDeque因为是双端链表，所以不仅添加和删除操作不受限于固定的位置，可以java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque#offerFirst(E)，也可以java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque#offerLast(E)，同样删除操作也是。另外LinkedBlockingDeque也实现了java.util.concurrent.BlockingQueue接口的所有方法，默认的操作是跟LinkedBlockingQueue一样的，在队列末尾添加，从队列开头移除。源码如下：
public boolean offer(E e) {
return offerLast(e);
}
public E poll() {
return pollFirst();
}
这个队列有什么用呢？当我们使用线程池处理大量异步任务的场景中，假如我们期望其中一部分异步任务优先执行，如果要实现这样的功能，就需要给线程池配置一个双端链表LinkedBlockingDeque。演示代码如下：
package org.funtester.performance.books.chapter01.section4;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 双端列表在线程池应用功能示例
*/
public class DueueDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(1, 1, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<>(10));// 创建线程池，使用双端列表
for (int i = 0; i < 4; i++) {// 提交4个任务
int index = i;// 任务索引,用于标识任务,由于lambda表达式中的变量必须是final或者等效的,所以这里使用局部变量
Thread thread = new Thread(() -> {// 提交任务
try {
Thread.sleep(1000);// 模拟任务执行,睡眠1秒,避免任务过快执行完毕
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + System.currentTimeMillis() + " " + index + " 执行任务");// 打印任务执行信息
});
if (i == 3) {// 第4个任务插入到队列头部
LinkedBlockingDeque<Runnable> queue = (LinkedBlockingDeque<Runnable>) executor.getQueue();// 获取线程池队列
queue.offerFirst(thread);// 将任务插入到队列头部
} else {
executor.execute(thread);// 提交任务
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + System.currentTimeMillis() + " " + index + " 提交任务");// 打印任务提交信息
}
executor.shutdown();// 关闭线程池,不再接受新任务,但会执行完队列中的任务,并不会立即关闭
}
}
在这个演示代码中，将最后一个提交的任务插入了等待队列的头部，理论上会在第一个任务执行完成之后执行最后一个任务。至于效果如何，我们来执行代码验证，控制台打印内容如下：
main 1713000268720 0 提交任务
main 1713000268720 1 提交任务
main 1713000268720 2 提交任务
main 1713000268720 3 提交任务
pool-1-thread-1 1713000269721 0 执行任务
pool-1-thread-1 1713000270722 3 执行任务
pool-1-thread-1 1713000271723 1 执行任务
pool-1-thread-1 1713000272724 2 执行任务
跟我们预想的一模一样，完美地实现了我们将优先级高的任务优先执行的设想。但是这种优先级队列在处理优先级时颗粒度比较粗，如果业务上有很多优先级级别的话，这个方案就显得难以为继。不过没关系，说到优先级，Java SDK还提供了一个java.util.PriorityQueue供我们使用，可很不幸它并不是java.util.concurrent.BlockingQueue接口的实现类，但是还有一个java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue供我们使用。
4.PriorityBlockingQueue
PriorityBlockingQueue是Java SDK提供的一个线程安全的阻塞优先级队列。相比较LinkedBlockingQueue，它新增了两点特性：
- 优先级支持。
PriorityBlockingQueue可以根据元素的优先级进行排序，保障优先的元素排在队列的头部。 - 无界容量。
PriorityBlockingQueue容量不受初始容量限制，可以动态扩容。
要实现多优先级线程池，无法直接使用PriorityBlockingQueue，因为PriorityBlockingQueue要求元素必须实现java.lang.Comparable，或者在创建时指定一个java.util.Comparator实现类。而线程池等待队列中的对象类型都是java.lang.Runnable，要想兼顾两个方面，必须要做点改动。我选择创建一个新的抽象类，实现java.util.Comparator和java.lang.Runnable，当然只会实现java.util.Comparator的方法，这样依然可以使用线程池的提交方法java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor#execute和Lambda语法。抽象类代码如下：
package org.funtester.performance.books.chapter01.section4;
/**
* 优先级任务抽象类
*/
public abstract class PriorityRunnable implements Comparable<PriorityRunnable>, Runnable {
int priorityLevel;// 优先等级，值越小优先级越高，用于优先级队列排序
public PriorityRunnable(int priorityLevel) {≈
this.priorityLevel = priorityLevel;
}
/**
* 用与比较两个对象的优先级
*
* @param o
* @return
*/
@Override
public int compareTo(PriorityRunnable o) {
return this.priorityLevel - o.priorityLevel;
}
}
下面演示多优先级线程池的使用：
package org.funtester.performance.books.chapter01.section4;
import java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 多优先级线程池使用示例
*/
public class PriorityTaskDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(0, 2, 60L, TimeUnit.SECONDS, new PriorityBlockingQueue<Runnable>());// 创建线程池,核心线程数0,最大线程数2,线程空闲时间60秒,任务队列为优先级阻塞队列
for (int i = 0; i < 5; i++) {// 提交5个任务
int priorityLevel = 5 - i;// 优先级递增
executor.execute(new PriorityRunnable(priorityLevel) {// 提交任务,优先级递增
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000);// 休眠1秒,模拟任务执行时间
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + System.currentTimeMillis() + " " + priorityLevel + " 执行任务");// 打印任务执行信息
}
});
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + System.currentTimeMillis() + " " + priorityLevel + " 提交任务");// 打印任务提交信息
}
executor.shutdown();// 关闭线程池
}
}
控制台打印信息如下：
main 1713004306180 5 提交任务
main 1713004306180 4 提交任务
main 1713004306180 3 提交任务
main 1713004306180 2 提交任务
main 1713004306180 1 提交任务
pool-1-thread-1 1713004307181 5 执行任务
pool-1-thread-1 1713004308182 1 执行任务
pool-1-thread-1 1713004309183 2 执行任务
pool-1-thread-1 1713004310184 3 执行任务
pool-1-thread-1 1713004311185 4 执行任务
可以看出，除了第一个提交的优先级为5的任务以外（因为这个任务提交之后直接执行，并未参加排序），其他任务均按照优先级从高到低运行的。
至此，我们已经将Java线程池所用到还有将来各位可能用到的队列分享完了，笔者建议初学者掌握LinkedBlockingQueue和SynchronousQueue即可。
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