Executor线程池原理与源码

Executor是Java中一种常用的线程池实现，它提供了一种基于线程池的异步任务执行框架。在Java中，如果我们需要执行一个异步任务，通常会直接使用Thread创建一个线程来执行任务。但是如果要执行多个异步任务，这种方式可能会导致系统资源浪费，导致性能下降。

为了避免这种情况，Java提供了Executor框架，它可以调度线程池中的线程来执行任务，从而提高系统的性能和效率。接下来，我们将详细讲解Executor框架的原理和源码，并提供代码示例。

1. 线程池原理

线程池的原理非常简单，它由两部分组成：

1.1 线程池管理器(ThreadPoolManager)

线程池管理器用于创建和管理线程池。它是一个静态的工厂类，负责创建线程池和向线程池中添加任务。线程池管理器有一个任务队列，它使用BlockingQueue来保存任务。当一个新任务添加到线程池时，线程池管理器将任务放入任务队列中。线程池中的线程会从任务队列中取出任务并执行。当任务队列为空时，线程池的线程会进入等待状态，等待新的任务。

1.2 线程池(ThreadPoolExecutor)

线程池由若干个线程和任务队列组成。线程池的任务是执行线程池管理器中添加到任务队列中的任务。当线程池中的任一线程执行完当前任务后，它会从任务队列中取出下一个任务并执行。如果任务队列为空，线程池中的线程会进入等待状态，等待新的任务。

线程池的核心参数有7个：

corePoolSize（线程池的核心线程数）
maximumPoolSize（线程池中允许的最大线程数）
keepAliveTime（线程池中没有任务执行时，线程保持存活的时间）
unit（keepAliveTime的时间单位）
workQueue（线程池中的任务队列）
threadFactory（线程工厂，用于创建新线程）
handler（拒绝策略）

2. Executor框架源码

Java中提供了Executor框架，它可以将线程的创建、管理、调度和资源回收等都封装在一起。在Executor框架中，有三个主要的接口：

Executor：是一个顶层接口，它提供了一个execute(Runnable command)方法，用于执行一个任务。
ExecutorService：是一个扩展接口，它提供了一些用于关闭线程池和等待任务完成的方法。它继承了Executor接口，并添加了一些扩展功能。
ScheduledExecutorService：是一个扩展接口，它提供了一些用于以计划任务的形式执行任务的方法。

在Java中，我们可以通过下面的代码来创建一个线程池：

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
executor.execute(new Runnable() {
    public void run() {
        // 任务处理逻辑
    }
});

在这段代码中，我们创建了一个大小为10的固定线程池，并通过execute()方法将任务提交到线程池中执行。

3. 代码示例

下面是一个简单的Executor框架的代码示例：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ExecutorExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个大小为10的线程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
        
        // 提交10个任务到线程池中
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            executor.execute(new Task(i));
        }
        
        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
    }
    
    static class Task implements Runnable {
        private int taskId;
        
        public Task(int taskId) {
            this.taskId = taskId;
        }
        
        public void run() {
            System.out.println("Task #" + taskId + " is running.");
        }
    }
}

在这个示例中，我们通过Executors.newFixedThreadPool()方法创建了一个大小为10的线程池，并提交了10个任务到线程池中。每个任务都会打印一个含有任务编号的信息。

4. 总结

Executor框架提供了一种方便的方式来执行异步任务，它可以避免线程创建和管理的复杂性，并提高系统的性能和效率。在使用Executor框架时，我们需要了解其原理和使用方法，并根据实际需求选择合适的线程池类型和参数。

小故事

有一个小村庄，村民们常常需要挑水、种田、照料牲畜等工作，但他们人力有限，不能同时进行所有工作。为了解决这个问题，村民们决定建立一个工作队伍，由一些人来负责挑水、一些人负责种田、一些人负责照料牲畜，以此来提高工作效率。

这个小村庄的例子，正是Executor线程池的原理。线程池是由一组线程组成的工作队列，其中每个线程都可用于执行任务。这个队列中的任务通常是一些可以并行处理的独立工作单元。线程池可以自动调度线程，使用现有的线程来处理已到达的任务，而不是每个任务都创建一个新线程。

在Java中，线程池的实现是通过ThreadPoolExecutor类来实现的。ThreadPoolExecutor使用一个工作队列来存储需要执行的任务，以及一些线程来执行这些任务。当一个任务提交给线程池时，ThreadPoolExecutor会检查是否有空闲线程，如果有，它将把任务交给其中一个空闲线程执行。如果没有空闲线程，那么任务将被添加到工作队列中等待执行。当线程完成一个任务后，它会从工作队列中获取下一个任务并执行，直到线程池被关闭或者出现异常。

因此，通过Executor线程池，我们可以更加高效地处理任务，将任务分配给线程池中的线程去执行，提高了任务的执行效率，并且避免了频繁地创建和销毁线程的开销。