Java自己设计一个线程池

引言

在并发编程中，线程池是一个非常常见的概念。它能够很好地管理和调度多个线程，提高并发执行效率，减少线程的创建和销毁开销。Java提供了java.util.concurrent包下的ThreadPoolExecutor类作为线程池的实现，但是我们也可以自己设计一个简单的线程池来更好地理解其原理和实现。本文将介绍如何自己设计一个线程池，并附带代码示例。

设计思路

设计一个线程池需要考虑以下几个要点：

  1. 线程池的大小：需要确定线程池中可以同时运行的线程数量。
  2. 任务队列：需要一个队列来保存待执行的任务。
  3. 线程工厂：用于创建新的线程。
  4. 线程执行器：用于执行任务。

基于以上要点，我们可以设计一个简单的线程池。

线程池设计

流程图

flowchart TD
    subgraph 线程池
        创建线程池 --> 初始化线程队列
        初始化线程队列 --> 创建线程工厂
        创建线程工厂 --> 创建线程执行器
        创建线程执行器 --> 执行任务
        执行任务 --> 从线程队列中获取任务
        从线程队列中获取任务 --> 执行任务
    end

代码示例

首先，我们需要定义一个ThreadPool类作为线程池的入口。

public class ThreadPool {
    private BlockingQueue<Runnable> taskQueue;
    private List<Thread> threads;

    public ThreadPool(int poolSize, int taskQueueSize) {
        taskQueue = new ArrayBlockingQueue<>(taskQueueSize);
        threads = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
            Thread thread = new Thread(new Worker());
            thread.start();
            threads.add(thread);
        }
    }

    public void submit(Runnable task) {
        try {
            taskQueue.put(task);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }

    public void shutdown() {
        for (Thread thread : threads) {
            thread.interrupt();
        }
    }

    private class Worker implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                try {
                    Runnable task = taskQueue.take();
                    task.run();
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            }
        }
    }
}

在ThreadPool类中，我们使用一个阻塞队列taskQueue来保存待执行的任务。构造函数中，我们传入线程池的大小poolSize和任务队列的大小taskQueueSize，并利用ArrayBlockingQueue来初始化taskQueue。然后，我们创建poolSize个线程，并将它们添加到threads列表中。每个线程都是一个Worker对象，在run方法中循环从taskQueue中获取任务并执行。submit方法用于向线程池提交任务，将任务加入到taskQueue中。shutdown方法用于关闭线程池，中断所有线程。

使用线程池

使用自己设计的线程池非常简单。我们只需要创建一个ThreadPool对象，并调用submit方法提交任务即可。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadPool threadPool = new ThreadPool(5, 10);
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            final int taskId = i;
            threadPool.submit(() -> {
                System.out.println("Task " + taskId + " is running.");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
                System.out.println("Task " + taskId + " is finished.");
            });
        }
        threadPool.shutdown();
    }
}

在上面的示例中，我们创建了一个线程池对象threadPool，大小为5，任务队列大小为10。然后，我们使用一个循环提交了20个任务给线程池，并打印出任务的执行过程。最后，我们调用线程池的shutdown方法来关闭线程池。

总结

本文介绍了如何设计一个简单的线程