Java线程池中的等待队列

在多线程编程中，线程池是一种常用的技术，可以提高程序的性能和资源利用率。而线程池中的等待队列则是用来存放还未被执行的任务，本文将详细介绍Java线程池中的等待队列的工作原理，并通过代码示例加以说明。

线程池简介

线程池是一种用于管理和复用线程的技术，它通过预先创建一定数量的线程，并将任务分配给这些线程来执行。线程池的主要优点是减少线程创建和销毁的开销，提高程序的性能和资源利用率。在Java中，线程池由java.util.concurrent.ExecutorService接口表示，具体实现类包括ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor等。

等待队列

线程池中的等待队列用于存放还未被执行的任务。当线程池中的线程都在执行任务时，新提交的任务会被放入等待队列中，等待有空闲线程时再执行。等待队列是实现线程池任务调度的重要组成部分，通过合理选择等待队列的类型可以更好地满足业务需求。

Java线程池中的等待队列类型有以下几种：

  • SynchronousQueue：这是一个容量为0的阻塞队列，意味着每个插入操作必须等待一个相应的删除操作，即任务提交后必须有一个线程立即执行，否则会抛出异常。适用于需要严格控制线程数量的场景。

  • LinkedBlockingQueue：这是一个无界阻塞队列，即任务提交后会一直排队等待，直到有空闲线程执行。适用于任务量比较大的场景。

  • ArrayBlockingQueue：这是一个有界阻塞队列，必须指定队列的容量。适用于需要控制线程数量和任务数量的场景。

等待队列的工作原理

当线程池中的线程数量达到核心线程数时，新提交的任务会被放入等待队列中。当等待队列已满时，如果还未达到最大线程数，则会创建新的线程来执行任务。如果等待队列已满且线程数已达到最大线程数，则根据线程池的拒绝策略来处理新提交的任务。

下面是一个简单的代码示例，演示了线程池中等待队列的工作原理：

import java.util.concurrent.*;

public class ThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个具有2个核心线程和2个最大线程数的线程池
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
                2,
                2,
                0,
                TimeUnit.MILLISECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>(2)
        );

        // 提交5个任务给线程池
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int taskID = i;
            executor.submit(() -> {
                System.out.println("Task " + taskID + " 执行中");
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Task " + taskID + " 执行完成");
            });
        }
        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
    }
}

上述代码创建了一个具有2个核心线程和2个最大线程数的线程池，并使用LinkedBlockingQueue作为等待队列。然后，我们提交了5个任务给线程池，由于线程池中的线程数量不足以同时执行所有任务，所以会将其中3个任务放入等待队列中。当有空闲线程时，等待队列中的任务会被取出并执行。

序列图

下面是该示例代码的序列图，以更形象地展示线程池中等待队列的工作流程：

sequenceDiagram
    participant ThreadA as 线程A
    participant ThreadB as