Java线程池(2) - 线程池的功能需求、设计、实现

本节会从软件开发功能需求的角度引出 Java线程池 的功能，然后我们会自己实现这个功能，最后再分析JUC Executors 的源码。

Doug Lea < Java Concurrcy In Practice > 第六章任务执行中描述：

大多数的应用程序是围绕 任务 进行组织的。任务就是抽象的、独立的工作单元。把应用程序的工作分离为一个个的任务，可以简化应用程序（分而治之的思想）。

服务器应用程序应该具有：

1、良好的吞吐量和快速的响应能力；

2、在负载越来越大时，性能会平缓的下降，而不是直接导致简单粗暴的程序崩溃；

一个线程串行执行任务和每个任务开启一个线程都存在一些问题。

一个线程串行执行任务的问题：应用程序吞吐量和相应能力都很差。

每个任务开启一个线程执行（thread-per-task）的问题：

1、应用程序需求

功能需求：服务器应用程序会不断接收客户端的请求，收到请求后，应用程序对请求进行处理。

非功能需求：支撑高并发和高可用

2、应用程序设计

根据功能需求的描述，我们抽出几个名词和动词：

名词：服务器应用程序；客户端的请求；

动词：接收请求；对请求进行处理；

伪代码：

 class ServerApp{boolean receive(Request req);boolean process(Request req)}class Request{}

上面的实现是最直接的实现方式，但我们在写程序的时候还要考虑程序的给功能需求。

根据文章开头描述，我们不能使用上面的这种实现方式，这种是第一种串行的执行方式。

采取第二种方式，伪代码如下：

 class ServerApp{boolean receive(Request req){new Thread(new Runnalbe(){public void run(){process(req)}}).start();}boolean process(Request req){}}class Request{}

第二中方式也是存在问题的

我们采用线程池的方式，伪代码如下：

 class ServerApp{    Thread[] threads;ServerApp(int nThreads){threads = new Thread[nThreads];}boolean receive(Request req){req 绑定到 threads[?];threads[?]中调用process（req）}boolean process(Request req){}}class Request{}

上面的伪代码需要进一步细化：
1、需要将请求（任务）和线程进行绑定，这样才能将任务分配给线程
2、大部分的情况下，任务是比线程数多的，所以我们需要一个地方来暂存任务请求，然后空闲的线程从这个地方来取出任务进行执行

我们尝试实现一下：

 /*** 1、单独定义一个Thread，方便和Request进行绑定*/class WorkerThread extends Thread{Request req;       public void run(){req.execute()}void setRequest(Request req){this.req = req;}}class ServerApp{ Thread[] workerThreads ;/* 2、暂存任务的地方*/BlockingQueue<Request> requestQueue;ServerApp(int nThreads){requestQueue = new LinkedBlockingQueue();workerThreads = new WorkerThread [nThreads];}boolean receive(Request req){if(有空闲的WorkerThread ){空闲的WorkerThread.setRequest(req)}else{requestQueue.add(req);}}boolean process(Request req){}}class Request{void execute()；}

上面的伪代码，还有需要很多细节和设计上的问题需要解决：

1、Request 是自己定义的类，其实应该是一个客户端实现的接口，只有一个execute方法，作为一个Java 开发人员我们思考一下Java提供的API里面有这样的接口么？很明显 Runnalbe 接口便是。

2、我们的需要实现的线程池逻辑和业务有关系么？是不是可以独立出来做成通用的功能类？

3、WorkerThread 的run方法是不是应该循环从queue中取出任务执行？

上面就是我们设计的过程，到这步我们发现要考虑很多实现上的细节了，所以我们从现在开始该进行编码了，并在编码的过程中不断的进行重构。

在实现代码前我们想想线程池的命名:线程池的作用是用来执行任务，所以我们将其命名为 ThreadPoolExecutor

public class ThreadPoolExecutor {private final BlockingQueue<Runnable> taskQueue;private List threads;public ThreadPoolExecutor(int poolSize) {this.taskQueue = new LinkedBlockingQueue<Runnable>();this.threads = new ArrayList(poolSize);for(int i=0;i<poolSize;i++){WorkerThread workerThread = new WorkerThread();threads.add(workerThread);workerThread.start();}}/*** 执行任务* @param task* @return*/public boolean execute(Runnable task) {boolean isOfferd = taskQueue.offer(task);// 队列满？return false:return truereturn isOfferd;}class WorkerThread extends Thread {public void run() {while (true) {try {Runnable task = taskQueue.take();System.err.println(taskQueue.size());task.run();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}
}