java workqueue_Java线程池中BlockingQueue的作用

关于线程池中BlockingQueue的疑问

对于Java线程池，相信大家都或多或少使用过。关于其用法和原理介绍，网上已经有很多非常精彩的文章，珠玉在前，我就不献丑了。不了解的，可以参考这篇文章。今天我想讲的，是关于我对Java线程次的两个疑问，当然高手可以略过了。

1.为什么线程池要使用BlockingQueue，而不是ArrayList或别的什么列表？

2.既然使用了BlockingQueue，为什么还要设置拒绝策略，队列满的时候不是阻塞吗？

为什么使用阻塞队列？

要回答这个问答，首先来看看不用线程池的时候怎么执行异步任务

new Thread(() -> {

// do something

}).start();

也就是说，每次需要执行异步任务的时候，新建一个线程去执行，执行完就回收了。这会导致什么问题呢，首先，是对资源的浪费，线程的创建需要陷入内核，需要分配栈空间，需要执行调度，等等，只使用一次就回收太浪费资源。其次，当异步任务比较多的时候，这种方式要创建大量的线程，这对于内存资源也是一个很大的开销。我们知道，在jvm启动的时候可以设置线程栈大小的参数-Xss，默认的大小是1M，如果同时启动1000个线程，就要占用1G的内存，可想而知，这对内存是一个多大的开销。而且，线程数太多，对于内核的调度压力也是相当大的，而且，因为频繁的上下文切换而使程序的局部性丧失，也是一种消耗。线程池的作用，就是线程的复用，那么，怎么复用呢，来看一段代码：

final void runWorker(Worker w) {

Thread wt = Thread.currentThread();

Runnable task = w.firstTask;

w.firstTask = null;

w.unlock(); // allow interrupts

boolean completedAbruptly = true;

try {

while (task != null || (task = getTask()) != null) {

w.lock();

// If pool is stopping, ensure thread is interrupted;

// if not, ensure thread is not interrupted. This

// requires a recheck in second case to deal with

// shutdownNow race while clearing interrupt

if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||

(Thread.interrupted() &&

runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&

!wt.isInterrupted())

wt.interrupt();

try {

beforeExecute(wt, task);

Throwable thrown = null;

try {

task.run();

} catch (RuntimeException x) {

thrown = x; throw x;

} catch (Error x) {

thrown = x; throw x;

} catch (Throwable x) {

thrown = x; throw new Error(x);

} finally {

afterExecute(task, thrown);

}

} finally {

task = null;

w.completedTasks++;

w.unlock();

}

}

completedAbruptly = false;

} finally {

processWorkerExit(w, completedAbruptly);

}

}

在ThreadPoolExecutor中，线程封装在Worker中，Worker实现了Runnable，同时在run()方法中调用上面的runWorker()方法，只要runWorker()方法没有执行完，这个线程就不会被回收。而runWorker()方法要执行下去，就要保证while (task != null || (task = getTask()) != null)的条件为真，第一次判断时task为firstTask，即执行的第一个任务，那么要点就成了getTask()必须不能为空，来看看getTask()的实现：

private Runnable getTask() {

boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?

for (;;) {

int c = ctl.get();

int rs = runStateOf(c);

// Check if queue empty only if necessary.

if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {

decrementWorkerCount();

return null;

}

int wc = workerCountOf(c);

// Are workers subject to culling?

boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;

if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))

&& (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {

if (compareAndDecrementWorkerCount(c))

return null;

continue;

}

try {

Runnable r = timed ?

workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :

workQueue.take();

if (r != null)

return r;

timedOut = true;

} catch (InterruptedException retry) {

timedOut = false;

}

}

}

核心逻辑是：

Runnable r = timed ?

workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :

workQueue.take();

这里的workQueue就是阻塞队列，timed表示是否会超时释放，keepAliveTime是非核心线程允许的空闲时间；如果不超时，则调用BlockingQueue.take()，如果取不到值，就会一直阻塞直到程序提交了一个任务。所以，阻塞队列的作用是控制线程池中线程的生命周期。

那么，如果不用阻塞队列，有没有别的方式可以实现线程池的功能？答案是，有，但是没必要。比如我们可以使用wait/notify来控制线程的执行和阻塞，但这里使用生产者/消费者模式来实现是一种更优雅的方式。

为什么需要拒绝策略

既然使用了阻塞队列，那添加任务的时候如果队列满了不就阻塞了吗，拒绝策略是干嘛用的？答案是添加任务调用的并不是阻塞的put()方法，而是非阻塞的offer()方法，看一下ThreadPoolExecutor的execute()方法就知道了

public void execute(Runnable command) {

if (command == null)

throw new NullPointerException();

/*

* Proceed in 3 steps:

*

* 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to

* start a new thread with the given command as its first

* task. The call to addWorker atomically checks runState and

* workerCount, and so prevents false alarms that would add

* threads when it shouldn't, by returning false.

*

* 2. If a task can be successfully queued, then we still need

* to double-check whether we should have added a thread

* (because existing ones died since last checking) or that

* the pool shut down since entry into this method. So we

* recheck state and if necessary roll back the enqueuing if

* stopped, or start a new thread if there are none.

*

* 3. If we cannot queue task, then we try to add a new

* thread. If it fails, we know we are shut down or saturated

* and so reject the task.

*/

int c = ctl.get();

if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {

if (addWorker(command, true))

return;

c = ctl.get();

}

if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {

int recheck = ctl.get();

if (! isRunning(recheck) && remove(command))

reject(command);

else if (workerCountOf(recheck) == 0)

addWorker(null, false);

}

else if (!addWorker(command, false))

reject(command);

}

至于为什么这么实现，应该是不希望阻塞用户进程吧。

也就是说，在Java的线程池，只有消费者使用了阻塞的方法，生产者并没有。

SynchronousQueue

不过也有例外，调用ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

时，BlockingQueue的实现类是SynchronousQueue，顾名思义，这是一个同步队列，其内部没有容量，使用SynchronousQueue，消费者线程和生产者线程必须交替执行，也就是说，生产者和消费者都必须等待对方就绪。这样的话，不就阻塞用户进程了吗。确实会，但是这个时间非常短，因为使用这种方式，每次通过execute()提交任务的时候，要么复用现有空闲的线程，要么新建一个线程，也就是说线程数理论上没有上界，所以可以当作不会阻塞

参考资料