Java自制简易线程池(不依赖concurrent包)

很久之前人们为了继续享用并行化带来的好处而不想使用进程，于是创造出了比进程更轻量级的线程。以linux为例，创建一个进程需要申请新的自己的内存空间，从父进程拷贝一些数据，所以开销是比较大的，线程(或称轻量级进程)可以和父进程共享内存空间，让创建线程的开销远小于创建进程，于是就有了现在多线程的繁荣。
但是即便创建线程的开销很小，但频繁创建删除也是很浪费性能的，于是人们又想到了线程池，线程池里的线程只会被创建一次，用完也不会销毁，而是在线程池里等待被重复利用。这种尤其适用于多而小的任务。举个极端点的例子，如果一个小任务的执行消耗不及创建和销毁一个线程的消耗，那么不使用线程池时一大半的性能消耗都会是线程创建和销毁。 最开始学java的时候，一直不理解线程池，尤其是理解不了线程是如何被复用的，以及线程池和我创建的Thread/Runnable对象有什么关系，今天我们就来写一个建议的线程池来理解这一切。（不依赖java concurrent包）
首先纠正很多人的一个误解，我们new一个Thread/Runnable对象的时候，并不是创建出一个线程，而是创建了一个需要被线程执行的任务，当我们调用Thread.start()方法的时候，jvm才会帮我们创建一个线程。线程池只是帮你执行这些任务而已，你submit的时候只是把这个任务放到某个存储里，等待线程池里空闲的线程来执行，而不是创建线程。知道了这点，所以我们首先得有个东西来存储任务，还要支持多线程下的存取，最好还支持阻塞以避免无任务时的线程空转。
除了存储外，我们还需要一些线程来消费这些任务，看到这你可能就很明白的知道了这其实是个生产者消费者模型，Java有好多种生产者消费者的实现，可以参考我之前的博客Java生产者消费者的几种实现方式。如果实现线程池，我们可以选择使用BlockingQueue来实现。虽然java concurrent包里已经实现了好多BlockingQueue，但为了让大家理解BlockingQueue做了啥，我这里用LinkedListQueue简单封装了一个简易BlockingQueue，代码如下。

package me.xindoo.concurrent;

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

public class LinkedBlockingQueue<E> {
    private Object lock;
    private Queue<E> queue;
    public LinkedBlockingQueue() {
        queue = new LinkedList<>();
        lock = new Object();
    }

    public boolean add(E e) {
        synchronized (lock) {
            queue.add(e);
            lock.notify();
            return true;
        }
    }

    public  E take() {
        synchronized (lock) {
            while (queue.isEmpty()) {
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            return queue.poll();
        }
    }

    public synchronized int size() {
        return queue.size();
    }
}

我也只是简单在LinkedListQueue的基础上对其加了synchronized，以保证它在多线程环境下的正常运转。其次我在队列为空时通过wait()方法加了线程阻塞，以防止空队列时线程空转。既然加了阻塞也得加唤醒，每次在往队列里添加任务的时候，就会调用notify()来唤醒一个等待中的线程。
存储搞定了，我们接下来需要实现的就是消费者。消费者就是线程池里的线程，因为任务队列里的任务都是实现了Runnable接口，所以我们消费任务时都可以直接调用其run()方法来执行。当一个任务执行完成后在从队列里去取，知道整个线程池被shutdown。

package me.xindoo.concurrent;

public class ThreadPool {
    private int coreSize;
    private boolean stop = false;
    private LinkedBlockingQueue<Runnable> tasks = new LinkedBlockingQueue<>();
    private Thread[] threads;

    public ThreadPool(int coreSize)  {
        this.coreSize = coreSize;
        threads = new Thread[coreSize];
        for (int i = 0; i < coreSize; i++) {
            threads[i] = new Thread(new Worker("thread"+i));
            threads[i].start();
        }
    }

    public boolean submit(Runnable command) {
        return tasks.add(command);
    }

    public void shutdown() {
        stop = true;
    }

    private class Worker implements Runnable {
        public String name;

        public Worker(String name) {
            this.name = name;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (!stop) {
                Runnable command = tasks.take();
                System.out.println(name + " start run, starttime " + System.currentTimeMillis()/1000);  //方便观察线程的执行情况
                command.run();
                System.out.println(name + " finished, endtime " + System.currentTimeMillis()/1000);
            }
        }
    }
}

上面就是一个线程池的实现，是不是很简单，在构造函数里初始化固定数目的线程，每个线程做的只是从队列里取任务，执行……一直循环。
没错，一个简易的线程池就通过上面几十行的代码实现了，已经可以拿去用了，甚至用在生产环境都没啥问题(后果自负，哈哈)。当然这不是一个类似于concurrent包中功能完善、各种参数可自定义的线程池，但确确实实它实现了一个线程池的基本功能——线程的复用。 接下来写个建议的测试代码，如果线程池生产者消费者模型中的消费者，那这个测试代码就是生产者，代码如下。