阻塞队列模型和线程池

阻塞队列模型介绍

阻塞队列模型和线程池息息相关，因此本篇博客先介绍阻塞队列的相关知识。如下图所示：

首先我们来说，什么是Queue，然后在谈什么是BlockingQueue。

那么什么是Queue呢？一句话，就是一端进，另一端出，这样就形成了First In , First Out，即先进先出。而BlockingQueue只不过是在Queue的基础上进行了2个附加操作而已：如果Queue空，那么Out线程阻塞，如果Queue满，那么In线程阻塞。

理解了上面的Queue/BlockingQueue，那么就好理解Deque/BlockingDeque了。

Deque，就是双端队列，其实就是说在2端，都可以进行IN/OUT，当然如果我们只在同一端进行IN/OUT，那么自然形成了栈结构（先进后出）。

其次，我们先来看看java.util.concurrent.BlockingQueue的API列表：

其实从这里可以看出JAVA API的一个思路，往往一个操作提供多种选择：

如果队列是空的，那么消费线程该如何处理呢？

可以立刻抛出异常，也可以返回false/NULL，也可以过一段时间在TRY...

好了，到这里，我们只看到了接口API，如果要你来实现，你会怎么做呢？又会有哪些疑问呢？

思考：

是否应该提供一个存储，来放置队列中的元素呢？

这个存储应该多大呢？可以是什么形式呢？

队列中的元素是否存在优先级排序呢？

对队列中的元素进行操作时，是否应该有锁的控制呢？

一端IN，另一端OUT，这2个操作可以同时进行吗？

带着这些疑问，我们来对典型的BlockingQueue来进行分析。

ArrayBlockingQueue PK LinkedBlockingQueue

存储PK：

从名称上就可以知道，一个用的是数组，另一个用的是链表。看看源码验证下：

ArrayBlockingQueue:

LinkedBlockingQueue:

容量PK：

ArrayBlockingQueue可以通过构造方法指定容量：

而LinkedBlockingQueue如果在初始化时不指定容量，那么将是Integer.MAX_VALUE，这一点很重要，特别是在生产者的速度大于消费者的速度，由于此时无容量限制，将导致队列中的元素开始膨胀，那么将消耗掉大量系统资源。

锁PK：

在ArrayBlockingQueue中只有一个锁：

而在LinkedBlockingQueue中有2个锁：

其实到这里，我们已经可以大致猜测出，LinkedBlockingQueue对于take/put使用了分别的锁，从而比ArrayBlockingQueue在高并发下更具优势。

我们再来看看其他BlockingQueue:

DelayQueue:延迟队列，实际上是说，队列中的元素生效的话，有个时间差。

PriorityQueue：优先级队列，会提供Comparator来进行队列中的元素的排序。

SynchronousQueue：这个队列比较特殊，因为没有存储机制，实际上只是做了一个生产者和消费者的传递机制。

线程池介绍

如果任务到达时，才开始创建线程，这实际上会让任务的执行被延迟，于是产生了线程池的概念，如果在池子中已经存在了一批线程，那么任务到达时自然省去了线程创建的时间，相当于提高了响应速度。其次，如果线程执行完任务后，在放入池子中，这相当于在复用线程，达到了资源节约的目的。当然，如果任务的执行时间是远远大于线程的创建/销毁时间，其实就无所谓了。

快速创建线程池：Executors

Executors提供了一系列的快速创建线程池的方法，比如：

创建数量固定的/单个的/缓存的  线程池。

可以看到线程池的创建利用到了上面提及的BlockingQueue，队列中的元素就是任务Runnable。

方法返回的都是ExecutorService的实现类：ThreadPoolExecutor。

线程池的核心：ThreadPoolExecutor

我们直接来看看ThreadPoolExecutor的构造方法：

理解这些参数，对于理解线程池的原理有很大帮助：

corePoolSize：线程池的核心线程数量，是线程数目的一个稳定峰值。

maximumPoolSize：线程池的最大线程数量，如果corePoolSize依旧满足不了需要，那么可以让线程增长至maximumPoolSize，一旦需要下降，那么超出核心线程的那一部分线程资源将被回收。

workQueue：这个队列是待处理的任务队列。实际上，在ThreadPoolExecutor中除此之外还存在一个正在处理的工作队列workers：

keepAliveTime：超过核心线程数，又小于最大线程数目的线程在空闲的情况下，多久回收。

threadFactory:线程工厂，实际上用的是默认的DefaultThreadFactory，通过代码发现仅仅是针对Thread做了些设置（比如线程组/线程名称/后台/优先级等设置），将Runnable挂到Thread上而已。

handler：如果已经达到了最大线程数目，那么对于任务只能开始拒绝了，这个就是拒绝处理的策略类。