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資訊專欄INFORMATION COLUMN

Java線程池

darkerXi / 1139人閱讀

摘要:線程池概述什么是線程池就是將多個(gè)線程放在一個(gè)池子里面所謂池化技術(shù)然后需要線程的時(shí)候不是創(chuàng)建一個(gè)線程而是從線程池里面獲取一個(gè)可用的線程然后執(zhí)行我們的任務(wù)線程池的優(yōu)勢(shì)降低資源消耗通過重復(fù)利用已創(chuàng)建的線程降低線程創(chuàng)建和消耗提供響應(yīng)速度當(dāng)任務(wù)到達(dá)時(shí)

線程池概述

什么是線程池
就是將多個(gè)線程放在一個(gè)池子里面(所謂池化技術(shù)),然后需要線程的時(shí)候不是創(chuàng)建一個(gè)線程,而是從線程池里面獲取一個(gè)可用的線程,然后執(zhí)行我們的任務(wù).

線程池的優(yōu)勢(shì)

降低資源消耗,通過重復(fù)利用已創(chuàng)建的線程降低線程創(chuàng)建和消耗

提供響應(yīng)速度,當(dāng)任務(wù)到達(dá)時(shí),任務(wù)可以不需要等到線程創(chuàng)建就立即執(zhí)行

提高線程的可管理性,線程是稀缺資源,如果無限制的創(chuàng)建,不僅會(huì)消耗系統(tǒng)資源,還會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性,使用線程池可以進(jìn)行統(tǒng)一的分配、調(diào)優(yōu)和監(jiān)控.

創(chuàng)建一個(gè)線程池并提交線程任務(wù)

Java線程池最核心的類是ThreadPoolExecutor,查看ThreadPoolExecutor類關(guān)系繼承圖如下:

查看Executor接口可以通過execute方法進(jìn)行提交任務(wù)
查看ExecutorService接口可以通過submit進(jìn)行提交任務(wù)
所以ThreadPoolExecutor可以使用上述兩種方式提交任務(wù)

ThreadPoolExecutor源碼解析 類的結(jié)構(gòu)

ThreadPoolExecutor的核心內(nèi)部類為Worker,其對(duì)資源進(jìn)行了復(fù)用,減少了創(chuàng)建線程的開銷,而其他的AbortPolicy等則是RejectedExecutionHandler接口的各種拒絕策略類

當(dāng)使用線程池并且使用有界隊(duì)列的時(shí)候,如果隊(duì)列滿了,任務(wù)添加到線程池就會(huì)有問題,針對(duì)這個(gè)問題Java線程池提供了以下拒絕策略:

AbortPolicy:使用該策略時(shí),如果線程池隊(duì)列滿了,丟掉這個(gè)任務(wù)并且拋出RejectedExecutionException異常

DiscardPolicy: 如果線程池隊(duì)列滿了,會(huì)直接丟掉這個(gè)任務(wù)并且不會(huì)有任何異常

DiscardOldestPolicy: 如果線程池隊(duì)列滿了,會(huì)將最老的(即最早進(jìn)入隊(duì)列的)任務(wù)刪除掉并騰出隊(duì)列空間,再嘗試將任務(wù)加入隊(duì)列

CallerRunsPolicy:如果任務(wù)添加到線程池失敗,那么主線程會(huì)自己去執(zhí)行該任務(wù),不會(huì)去等待線程池的任務(wù)去執(zhí)行

自定義:如果以上策略不符合業(yè)務(wù)場(chǎng)景,那么可以自己定義拒絕策略,只要實(shí)現(xiàn)RejectedExecutionHandler接口,并且實(shí)現(xiàn)rejectedExecution方法就可以了

由于核心內(nèi)部類是worker,而且worker簡(jiǎn)易,先解析worker:

Worker類源碼解析 類繼承關(guān)系
private final class Worker extends AbstractQueuedSynchronizer implements Runnable

可知:Worker類繼承了AQS抽象類,實(shí)現(xiàn)了Runnable接口,重寫了AQS的一些方法,對(duì)應(yīng)的Runnable接口可以創(chuàng)建線程的動(dòng)作

類屬性
private final class Worker
    extends AbstractQueuedSynchronizer
    implements Runnable
{
    /**
     * This class will never be serialized, but we provide a
     * serialVersionUID to suppress a javac warning.
     */
    // 版本號(hào) 
    private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L;

    /** Thread this worker is running in.  Null if factory fails. */
    // worker 所對(duì)應(yīng)的線程
    final Thread thread;
    /** Initial task to run.  Possibly null. */
    // worker初始化任務(wù),默認(rèn)第一個(gè)任務(wù)
    Runnable firstTask;
    /** Per-thread task counter */
    // 每個(gè)線程任務(wù)計(jì)數(shù)器,記錄已完成任務(wù)數(shù)量
    volatile long completedTasks;

說明:

1.Thread類型的thread屬性用來封裝worker,對(duì)應(yīng)形成一個(gè)線程
2.Runnable類型的firstTask其表示該worker包含的runnable對(duì)象,即用戶自定義的Runnable
3.volatile修飾的long類型的completedTasks表示已完成的任務(wù)數(shù)量
類構(gòu)造函數(shù)
Worker(Runnable firstTask) {
    // AQS的狀態(tài)設(shè)置為-1,進(jìn)行抑制中斷直到 runWorker
    setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
    // 初始化第一個(gè)任務(wù)
    this.firstTask = firstTask;
    // 根據(jù)當(dāng)前worker,初始化線程
    this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}

進(jìn)行構(gòu)造worker對(duì)象,初始化對(duì)應(yīng)的屬性

worker核心函數(shù)分析
/** Delegates main run loop to outer runWorker  */
// 重寫Runnable的run方法,并將run方法交給外部的runWorker
public void run() {
    runWorker(this);
}

// Lock methods
//
// The value 0 represents the unlocked state.
// The value 1 represents the locked state.
// 是否被獨(dú)占,0表示未被獨(dú)占,1表示被獨(dú)占
protected boolean isHeldExclusively() {
    return getState() != 0;
}

// 嘗試獲取方法
protected boolean tryAcquire(int unused) {
    // CAS方法設(shè)置State狀態(tài)值
    if (compareAndSetState(0, 1)) {
        // 設(shè)置獨(dú)占線程
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        return true;
    }
    return false;
}

// 嘗試釋放
protected boolean tryRelease(int unused) {
    // 設(shè)置獨(dú)占線程為null
    setExclusiveOwnerThread(null);
    // 設(shè)置狀態(tài)為0
    setState(0);
    return true;
}

// 獲取鎖
public void lock()        { acquire(1); }
// 嘗試獲取鎖
public boolean tryLock()  { return tryAcquire(1); }
// 是否鎖
public void unlock()      { release(1); }
// 是否被獨(dú)占
public boolean isLocked() { return isHeldExclusively(); }

// 中斷線程操作
void interruptIfStarted() {
    Thread t;
    // 當(dāng)AQS狀態(tài)>=0并且worker對(duì)象的線程不為null并且該線程沒有被中斷
    if (getState() >= 0 && (t = thread) != null && !t.isInterrupted()) {
        try {
            // 中斷線程
            t.interrupt();
        } catch (SecurityException ignore) {
        }
    }
}
ThreadPoolExecutor類的屬性
public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
    // 線程池的控制狀態(tài)(用來表示線程池的運(yùn)行狀態(tài)--高3位和運(yùn)行的worker數(shù)量--低29位) 
    private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
    // 29位的偏移量
    private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
    // 最大容量 2^29-1
    private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;

    // runState is stored in the high-order bits
    // 線程運(yùn)行狀態(tài),總共5種狀態(tài),高3位表示
    private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
    private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
    private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
    private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
    private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

    // 對(duì)ctl進(jìn)行裝箱和拆箱動(dòng)作
    // 拆分運(yùn)行狀態(tài)
    private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }
    // 拆分線程數(shù)量
    private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }
    // 運(yùn)行狀態(tài)和線程數(shù)量組合
    private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

    /*
     * Bit field accessors that don"t require unpacking ctl.
     * These depend on the bit layout and on workerCount being never negative.
     */
    // 判斷當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)是否在s這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)之下
    private static boolean runStateLessThan(int c, int s) {
        return c < s;
    }
    // 判斷當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)是否在s這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)之上
    private static boolean runStateAtLeast(int c, int s) {
        return c >= s;
    }
    // 判斷是否為運(yùn)行狀態(tài)
    private static boolean isRunning(int c) {
        return c < SHUTDOWN;
    }

    /**
     * Attempts to CAS-increment the workerCount field of ctl.
     * 嘗試以CAS方式增加ctl里的workerCount字段
     */
    private boolean compareAndIncrementWorkerCount(int expect) {
        return ctl.compareAndSet(expect, expect + 1);
    }

    /**
     * Attempts to CAS-decrement the workerCount field of ctl.
     * 嘗試以CAS方式遞減ctl里的workerCount字段
     */
    private boolean compareAndDecrementWorkerCount(int expect) {
        return ctl.compareAndSet(expect, expect - 1);
    }

    /**
     * 遞減ctl的workcount字段,僅僅在線程突然終止時(shí)才調(diào)用(具體見processWorkerExit)
     * 其他遞減在getTask內(nèi)執(zhí)行
     */
    private void decrementWorkerCount() {
        do {} while (! compareAndDecrementWorkerCount(ctl.get()));
    }

    /**
     * 阻塞隊(duì)列:用于保存任務(wù)和移交任務(wù)給工作線程
     * 不要求workQueue執(zhí)行poll()方法返回null去判斷workQueue的isEmpty()
     */
    private final BlockingQueue workQueue;

    /**
     * 可重入鎖:持有鎖才可以訪問workers集合和相關(guān)的記錄
     * 雖然可以使用并行集,但是通常最好使用鎖;原因是序列化
     * interruptIdleWorkers需避免不需要的interrupt storms,特別是shutdown期間
     * 否則退出線程將同時(shí)中斷那些尚未中斷的.
     */
    private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();

    /**
     * 存放工作線程集合
     * Set集合包含線程池中所有線程,當(dāng)持有mainLock就可以被訪問
     */
    private final HashSet workers = new HashSet();

    /**
     * 終止條件
     */
    private final Condition termination = mainLock.newCondition();

    /**
     * 最大線程池容量(僅在mainLock下可以訪問)
     */
    private int largestPoolSize;

    /**
     * 已完成任務(wù)數(shù)量.(僅在工作線程終止時(shí)更新,并且持有mainLock)
     */
    private long completedTaskCount;

    /*
     * 下方的所有用戶控制參數(shù)都被聲明為volatile,以致于操作于最新的值
     * 但是不需要鎖定,因?yàn)闆]有內(nèi)部變量依賴它們?cè)谄渌僮魃贤叫薷?     */

    /**
     * 線程工廠:所有線程都是通過工廠創(chuàng)建(通過addworker)
     * 所有調(diào)用必須準(zhǔn)備好addworker失敗情況(如限制線程數(shù)量的策略時(shí)候),
     */
    private volatile ThreadFactory threadFactory;

    /**
     * 在失敗時(shí)(執(zhí)行飽和或關(guān)機(jī))調(diào)用的處理程序
     */
    private volatile RejectedExecutionHandler handler;

    /**
     * 線程沒有任務(wù)執(zhí)行時(shí)最多保持多久時(shí)間會(huì)終止
     * 線程在存在corePoolSize或allowCoreThreadTimeOut時(shí)使用此超時(shí)
     */
    private volatile long keepAliveTime;

    /**
     * 是否運(yùn)行核心線程超時(shí)機(jī)制
     */
    private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut;

    /**
     * 線程池大小
     */
    private volatile int corePoolSize;

    /**
     * 最大線程池大小(受限于容量)
     */
    private volatile int maximumPoolSize;

    /**
     * 默認(rèn)拒絕執(zhí)行策略
     */
    private static final RejectedExecutionHandler defaultHandler =
        new AbortPolicy();

    /**
     * shutdown和shutdownNow調(diào)用時(shí)所需的權(quán)限
     */
    private static final RuntimePermission shutdownPerm =
        new RuntimePermission("modifyThread");

    /* 執(zhí)行finalizer時(shí)要使用的上下文 */
    private final AccessControlContext acc;

著重講解下線程池的運(yùn)行狀態(tài):
1.RUNNING:接受新任務(wù)并且處理已經(jīng)進(jìn)入阻塞隊(duì)列的任務(wù)
2.SHUTDOWN:不接受新任務(wù),但是處理已經(jīng)進(jìn)入阻塞隊(duì)列的任務(wù)
3.STOP:不接受新任務(wù),不處理已經(jīng)進(jìn)入阻塞隊(duì)列的任務(wù)并且中斷正在運(yùn)行任務(wù)
4.TIDYING:所有任務(wù)都已經(jīng)終止,workerCount為0,線程轉(zhuǎn)化為TIDYING狀態(tài)并且調(diào)用terminated鉤子函數(shù)
5.terminated鉤子函數(shù)已經(jīng)運(yùn)行完成

private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

runState單調(diào)增加,不一定要命中每個(gè)狀態(tài):

RUNNING -> SHUTDOWN:調(diào)用SHUTDOWN()時(shí),可能隱式在最后調(diào)用finalize()
(RUNNING or SHUTDOWN) -> STOP:調(diào)用shutdownNow()
SHUTDOWN -> TIDYING:當(dāng)隊(duì)列和線程池都為空時(shí)
STOP -> TIDYING:當(dāng)線程池為空時(shí)
TIDYING -> TERMINATED:當(dāng)terminated()鉤子方法已經(jīng)完成
ThreadPoolExecutor類的構(gòu)造函數(shù)

ThreadPoolExecutor類總共有四個(gè)構(gòu)造函數(shù),但是前面三個(gè)都是特例最終調(diào)的都是最后一個(gè),咱先解析每個(gè)構(gòu)造函數(shù)再統(tǒng)一分析好它每一個(gè)參數(shù)的意思
1.ThreadPoolExecutor(int, int, long, TimeUnit, BlockingQueue)

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue workQueue) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}

說明:該構(gòu)造函數(shù)默認(rèn)的線程工廠及拒絕執(zhí)行策略去創(chuàng)建ThreadPoolExecutor
2.ThreadPoolExecutor(int, int, long, TimeUnit, BlockingQueue, ThreadFactory)

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, threadFactory, defaultHandler);
}

說明:該構(gòu)造函數(shù)只給出默認(rèn)的拒絕執(zhí)行策略
3.ThreadPoolExecutor(int, int, long, TimeUnit, BlockingQueue, RejectedExecutionHandler)

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue workQueue,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, Executors.defaultThreadFactory(), handler);
}

說明:該構(gòu)造函數(shù)只給出默認(rèn)的線程工廠
4.ThreadPoolExecutor(int, int, long, TimeUnit, BlockingQueue, ThreadFactory, RejectedExecutionHandler)

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    // 線程池大小不能小于0 || 最大容量不能小于0 || 最大容量不能小于線程池大小 || keepAliveTime不能小于0                      
    if (corePoolSize < 0 || maximumPoolSize <= 0 || maximumPoolSize < corePoolSize || keepAliveTime < 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
        throw new NullPointerException();
    // 初始化相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)    
    this.acc = System.getSecurityManager() == null ? null : AccessController.getContext();
    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}

corePoolSize:線程池大小,在創(chuàng)建線程池后,默認(rèn)情況下線程池中并沒有任何線程,而是等到有任務(wù)到來后才創(chuàng)建線程去執(zhí)行任務(wù),除非調(diào)用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法,就會(huì)預(yù)創(chuàng)建線程,即在沒有任務(wù)到來之前就創(chuàng)建corePoolSize個(gè)線程或一個(gè)線程.默認(rèn)情況下,在創(chuàng)建了線程池后,線程池中的線程數(shù)為0,當(dāng)有任務(wù)來之后,就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)線程去執(zhí)行任務(wù),當(dāng)線程池中的線程數(shù)目達(dá)到corePoolSize后,就會(huì)把到達(dá)的任務(wù)放到緩存隊(duì)列當(dāng)中

maximumPoolSize:線程池最大線程數(shù),表示線程池中最多創(chuàng)建多少個(gè)線程

keepAliveTime:表示線程沒有任務(wù)執(zhí)行時(shí)最多保持多久時(shí)間會(huì)終止.默認(rèn)情況下只有當(dāng)線程池中的線程數(shù)大于corePoolSize時(shí),KeepAliveTime才會(huì)起作用,直到線程池中的線程數(shù)不大于corePoolSize,即當(dāng)線程池中的線程數(shù)大于CorePoolSize時(shí),如果一個(gè)線程空閑的時(shí)間達(dá)到keepAliveTime則會(huì)終止,直到線程池中的線程數(shù)不超過corePoolSize.但是如果調(diào)用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法,在線程池中的線程數(shù)不大于corePoolSize時(shí),keepAliveTime參數(shù)也會(huì)起作用,直到線程池中的線程數(shù)為0

unit: 參數(shù)keepAliveTime的時(shí)間單位,有7種取值,默認(rèn)為納秒

   TimeUnit.DAYS;                //天
   TimeUnit.HOURS;              //小時(shí)
   TimeUnit.MINUTES;           //分鐘
   TimeUnit.SECONDS;           //秒
   TimeUnit.MILLISECONDS;      //毫秒
   TimeUnit.MICROSECONDS;      //微妙
   TimeUnit.NANOSECONDS;       //納秒

workQueue: 一個(gè)阻塞隊(duì)列,用來存儲(chǔ)等待執(zhí)行的任務(wù),一般有以下幾種選擇:ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue

threadFactory:線程工廠,主要用來創(chuàng)建線程

handler:拒絕執(zhí)行策略

ThreadPoolExecutor類的核心函數(shù)分析 任務(wù)提交過程

1.execute方法

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    /*
     * 進(jìn)行下面三步:
     *
     * 1. 如果運(yùn)行的線程小于corePoolSize,則嘗試使用用戶定義的Runnable對(duì)象創(chuàng)建一個(gè)新的線程
     *     調(diào)用addWorker函數(shù)會(huì)原子性的檢查runState和workCount,通過返回false來防止在不應(yīng)該添加
     *     線程時(shí)添加了線程
     *
     * 2. 如果一個(gè)任務(wù)能夠成功入隊(duì)列,在添加一個(gè)線程時(shí)仍需進(jìn)行雙重檢查(因?yàn)榍耙淮螜z查后該線程
     *     可能死亡了或進(jìn)入到此方法時(shí)線程池已經(jīng)shutdown了,所以需要再次檢查狀態(tài));如有必要當(dāng)停止時(shí)
     *     還需要回滾入隊(duì)列操作,或當(dāng)線程池沒有線程時(shí)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新線程
     *
     * 3. 如果無法入隊(duì)列,那么需要增加一個(gè)新線程,如果此操作失敗,那么就意味著線程池已經(jīng)shutdown
     *     或者已經(jīng)飽和了,所以拒絕任務(wù)
     */
    // 獲取線程池控制狀態(tài) 
    int c = ctl.get();
    // worker數(shù)量小于corePoolSize
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        // 添加worker成功則返回,不成功則再次獲取線程池控制狀態(tài)
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    // 線程池處于RUNNING狀態(tài),將用戶自定義的Runnable對(duì)象添加進(jìn)Queue隊(duì)列
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        // 再次檢查獲取線程池控制狀態(tài)
        int recheck = ctl.get();
        // 若此時(shí)線程池不處于RUNNING狀態(tài),將自定義任務(wù)從workQueue隊(duì)列中移除
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command); // 拒絕執(zhí)行命令
        // worker數(shù)量等于0,添加worker
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    // 添加worker失敗則拒絕執(zhí)行命令
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
}

說明:當(dāng)客戶端調(diào)用submit時(shí),之后會(huì)間接調(diào)用execute函數(shù),其在將來某個(gè)時(shí)間執(zhí)行給定任務(wù),execute并不會(huì)直接運(yùn)行給定任務(wù),它主要調(diào)用addWorker方法
2.addWorker方法
addWorker主要是完成以下任務(wù):

原子性增加workerCount

將用戶給定的任務(wù)封裝成一個(gè)worker,并將此worker添加進(jìn)workers集合

啟動(dòng)worker對(duì)應(yīng)的線程,并啟動(dòng)該線程運(yùn)行worker的run方法

回滾worker的創(chuàng)建動(dòng)作,即將worker從workers集合中刪除并原子性的減少workerCount

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
    retry:
    for (;;) {// 外層無限循環(huán)
        // 獲取線程池控制狀態(tài)
        int c = ctl.get();
        // 獲取狀態(tài)
        int rs = runStateOf(c);

        // Check if queue empty only if necessary.
        if (rs >= SHUTDOWN &&// 狀態(tài)大于等于SHUTDOWN,初始的ctl為RUNNING,小于SHUTDOWN
            ! (rs == SHUTDOWN &&// 狀態(tài)為SHUTDOWN
               firstTask == null &&// 第一個(gè)任務(wù)為null
               ! workQueue.isEmpty()))// worker隊(duì)列不為空
            // 返回
            return false;

        for (;;) {
            // worker數(shù)量
            int wc = workerCountOf(c);
            if (wc >= CAPACITY ||   // worker數(shù)量大于等于最大容量
                wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))// worker數(shù)量大于等于核心線程池大小或者最大線程池大小
                return false;
            if (compareAndIncrementWorkerCount(c))// 比較并增加worker的數(shù)量
                // 跳出外層循環(huán)
                break retry;
            // 獲取線程池控制狀態(tài)
            c = ctl.get();  // Re-read ctl
            if (runStateOf(c) != rs)// 此次的狀態(tài)與上次獲取的狀態(tài)不相同
                // 跳過剩余部分,繼續(xù)循環(huán)
                continue retry;
            // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
        }
    }
    // worker開始標(biāo)志
    boolean workerStarted = false;
    // worker被添加標(biāo)志
    boolean workerAdded = false;
    Worker w = null;
    try {
        // 初始化worker
        w = new Worker(firstTask);
        // 獲取worker對(duì)應(yīng)的線程
        final Thread t = w.thread;
        if (t != null) {// 線程不為null
            // 線程池鎖
            final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
            // 獲取鎖
            mainLock.lock();
            try {
                // Recheck while holding lock.
                // Back out on ThreadFactory failure or if
                // shut down before lock acquired.
                // 線程池運(yùn)行狀態(tài)
                int rs = runStateOf(ctl.get());

                if (rs < SHUTDOWN ||    // 小于SHUTDOWN
                    (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {// 等于SHUTDOWN并且firstTask為null
                    if (t.isAlive()) // precheck that t is startable;線程剛添加進(jìn)來,還未啟動(dòng)就存活
                        // 拋出線程狀態(tài)異常
                        throw new IllegalThreadStateException();
                    // worker添加到workers集合
                    workers.add(w);
                    // 獲取集合大小
                    int s = workers.size();
                    if (s > largestPoolSize)// 隊(duì)列大小大于largestPoolSize
                        // 重新設(shè)置largestPoolSize
                        largestPoolSize = s;
                    // 設(shè)置worker已被添加標(biāo)志
                    workerAdded = true;
                }
            } finally {
                // 釋放鎖
                mainLock.unlock();
            }
            if (workerAdded) {// worker被添加
                // 開始執(zhí)行worker的run方法
                t.start();
                // 設(shè)置worker已開始標(biāo)志
                workerStarted = true;
            }
        }
    } finally {
        if (! workerStarted)// worker沒有開始
            // 添加worker失敗
            addWorkerFailed(w);
    }
    return workerStarted;
}
任務(wù)執(zhí)行過程

1、runworker方法
runWorker函數(shù)中會(huì)實(shí)際執(zhí)行給定任務(wù)(即調(diào)用用戶重寫的run方法),并且當(dāng)給定任務(wù)完成后,會(huì)繼續(xù)從阻塞隊(duì)列中取任務(wù),直到阻塞隊(duì)列為空(即任務(wù)全部完成).在執(zhí)行給定任務(wù)時(shí)會(huì)調(diào)用鉤子函數(shù)利用鉤子函數(shù)可以完成用戶自定義的一些邏輯,在runWorker中會(huì)調(diào)用getTask函數(shù)和processWorkerExit鉤子函數(shù)

final void runWorker(Worker w) {
    // 獲取當(dāng)前線程
    Thread wt = Thread.currentThread();
    // 獲取w的firstTask
    Runnable task = w.firstTask;
    w.firstTask = null;
    // 釋放鎖(設(shè)置state為0,允許中斷)
    w.unlock(); // allow interrupts
    boolean completedAbruptly = true;
    try {
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {
            // 獲取鎖
            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) ||// 線程池運(yùn)行狀態(tài)至少應(yīng)該高于STOP
                 (Thread.interrupted() &&// 線程被中斷
                  runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&// 再次檢查,線程池的運(yùn)行狀態(tài)至少應(yīng)該高于STOP
                !wt.isInterrupted())// wt線程(當(dāng)前線程)沒有被中斷
                wt.interrupt();// 中斷wt線程(當(dāng)前線程)
            try {
                // 在執(zhí)行之前調(diào)用鉤子函數(shù)
                beforeExecute(wt, task);
                Throwable thrown = null;
                try {
                    // 運(yùn)行給定的任務(wù)
                    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 {
                    // 執(zhí)行完后調(diào)用鉤子函數(shù)
                    afterExecute(task, thrown);
                }
            } finally {
                task = null;
                // 增加給worker完成的任務(wù)數(shù)量
                w.completedTasks++;
                // 釋放鎖
                w.unlock();
            }
        }
        completedAbruptly = false;
    } finally {
        // 處理完成后,調(diào)用鉤子函數(shù)
        processWorkerExit(w, completedAbruptly);
    }
}

2.getTask方法
getTask函數(shù)用于從workerQueue阻塞隊(duì)列中獲取Runnable對(duì)象,由于是阻塞隊(duì)列,所以支持有限時(shí)間等待poll和無限時(shí)間等待take.在該函數(shù)中還會(huì)相應(yīng)shutdown和shutDownNow函數(shù)的操作,若檢測(cè)到線程池處于SHUTDOWN或STOP狀態(tài),則會(huì)返回null,而不再返回阻塞隊(duì)列中的Runnable對(duì)象

private Runnable getTask() {
    boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?

    for (;;) {// 無限循環(huán),確保操作成功
        // 獲取線程池控制狀態(tài)
        int c = ctl.get();
        // 運(yùn)行狀態(tài)
        int rs = runStateOf(c);

        // Check if queue empty only if necessary.
        if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {// 大于等于SHUTDOWN(表示調(diào)用了shutDown)并且-->大于等于STOP(調(diào)用shutDownNow或者worker阻塞隊(duì)列為空)
            // 減少worker數(shù)量
            decrementWorkerCount();
            // 返回null,不執(zhí)行任務(wù)
            return null;
        }
        // 獲取worker數(shù)量
        int wc = workerCountOf(c);

        // Are workers subject to culling?
        boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;// 是否允許coreThread超時(shí)或workerCount大于核心大小

        if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))// worker數(shù)量大于maxinumPoolSize
            && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {// workerCount大于1或worker阻塞隊(duì)列為空(在阻塞隊(duì)列不為空時(shí),需要保證至少有一個(gè)wc)
            if (compareAndDecrementWorkerCount(c))// 比較并減少workerCount
                // 返回null,不執(zhí)行任務(wù),該worker會(huì)退出
                return null;
            // 跳過剩余部分,繼續(xù)循環(huán)
            continue;
        }

        try {
            Runnable r = timed ?
                workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :// 等待指定時(shí)間
                workQueue.take();// 一直等待,直到有元素
            if (r != null)
                return r;
            // 等待指定時(shí)間后沒有獲取元素則超時(shí)
            timedOut = true;
        } catch (InterruptedException retry) {
            // 拋出了被中斷異常,重試沒有超時(shí)
            timedOut = false;
        }
    }
}

3.processWorkerExit方法
processWorkerExit函數(shù)是在worker退出時(shí)調(diào)用到的鉤子函數(shù),而引起worker退出的主要因素如下:
1.阻塞隊(duì)列已經(jīng)為空,即沒有任務(wù)可以運(yùn)行了
2.調(diào)用了shutDown或shutDownNow函數(shù)
此函數(shù)會(huì)根據(jù)是否中斷了空閑線程來確定是否減少workerCount的值,并且將worker從workers集合中移除并且會(huì)嘗試終止線程池

private void processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly) {
    if (completedAbruptly) // 如果被中斷,則需要減少workCount
        decrementWorkerCount();
    // 獲取可重入鎖
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    // 獲取鎖
    mainLock.lock();
    try {
        // 將worker完成的任務(wù)添加到總的完成任務(wù)中
        completedTaskCount += w.completedTasks;
        // 從workers集合中移除該worker
        workers.remove(w);
    } finally {
        // 釋放鎖
        mainLock.unlock();
    }
    // 嘗試終止
    tryTerminate();
    // 獲取線程池控制狀態(tài)
    int c = ctl.get();
    if (runStateLessThan(c, STOP)) {// 小于STOP的運(yùn)行狀態(tài)
        if (!completedAbruptly) {
            int min = allowCoreThreadTimeOut ? 0 : corePoolSize;
            if (min == 0 && ! workQueue.isEmpty())// 允許核心超時(shí)并且workQueue阻塞隊(duì)列不為空
                min = 1;
            if (workerCountOf(c) >= min)// workerCount大于等于min
                return; // replacement not needed
        }
        // 添加worker
        addWorker(null, false);
    }
}
任務(wù)關(guān)閉過程

1.shutdown方法
shutdown會(huì)按過去執(zhí)行已提交任務(wù)的順序發(fā)起一個(gè)有序的關(guān)閉,但是不接受新任務(wù).首先檢查是否具有shutdown的權(quán)限,然后設(shè)置線程池的控制為SHUTDOWN,之后中斷空閑的worker,最后嘗試終止線程池.

public void shutdown() {
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    mainLock.lock();
    try {
        // 檢查shutdown權(quán)限
        checkShutdownAccess();
        // 設(shè)置線程控制狀態(tài)為SHUTDOWN
        advanceRunState(SHUTDOWN);
        // 中斷空閑worker
        interruptIdleWorkers();
        // 調(diào)用shutdown鉤子函數(shù)
        onShutdown(); // hook for ScheduledThreadPoolExecutor
    } finally {
        mainLock.unlock();
    }
    // 嘗試終止
    tryTerminate();
}

2.tryTerminate方法

final void tryTerminate() {
    for (;;) {// 無限循環(huán),確保操作成功
        // 獲取線程池控制狀態(tài)
        int c = ctl.get();
        if (isRunning(c) ||// 線程池的運(yùn)行狀態(tài)為RUNNING
            runStateAtLeast(c, TIDYING) ||// 線程池的運(yùn)行狀態(tài)最大要大于TIDYING
            (runStateOf(c) == SHUTDOWN && ! workQueue.isEmpty()))// 線程池運(yùn)行狀態(tài)為SHUTDOWN并且workQueue隊(duì)列不為null
            // 不能終止,直接返回
            return;
        if (workerCountOf(c) != 0) { // 線程池正在運(yùn)行的worker數(shù)量不為0
            // 僅僅中斷一個(gè)空閑的worker
            interruptIdleWorkers(ONLY_ONE);
            return;
        }
        // 獲取線程池的鎖
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        // 獲取鎖
        mainLock.lock();
        try {
            if (ctl.compareAndSet(c, ctlOf(TIDYING, 0))) {// 比較并設(shè)置線程池控制狀態(tài)為TIDYING
                try {
                    // 終止,鉤子函數(shù)
                    terminated();
                } finally {
                    ctl.set(ctlOf(TERMINATED, 0));
                    termination.signalAll();
                }
                return;
            }
        } finally {
            // 釋放鎖
            mainLock.unlock();
        }
        // else retry on failed CAS
    }
}

3.interruptIdleWorkers方法

private void interruptIdleWorkers(boolean onlyOne) {
    // 線程池的鎖
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    // 獲取鎖
    mainLock.lock();
    try {
        for (Worker w : workers) {// 遍歷workers隊(duì)列
            // worker對(duì)應(yīng)的線程
            Thread t = w.thread;
            if (!t.isInterrupted() && w.tryLock()) {// 線程未被中斷并且成功獲得鎖
                try {
                    // 中斷線程
                    t.interrupt();
                } catch (SecurityException ignore) {
                } finally {
                    // 釋放鎖
                    w.unlock();
                }
            }
            if (onlyOne)
                break;
        }
    } finally {
        mainLock.unlock();
    }
}

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    系統(tǒng)啟動(dòng)一個(gè)線程的成本是比較高,使用線程池可以很好地提高性能,尤其是當(dāng)程序中需要?jiǎng)?chuàng)建大量生存期很短暫的線程時(shí) 線程池在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)即創(chuàng)建大量空閑線程,將一個(gè)Runnable、Callable對(duì)象—–>傳給線程池—–>線程池啟動(dòng)里面的一個(gè)線程來執(zhí)行它們的run()或者call()方法———->當(dāng)線程執(zhí)行體執(zhí)行完成后,線程并不會(huì)死亡,而是再次返回線程池成為空閑狀態(tài),等待下一個(gè)Runnable、Calla...

    ctriptech 評(píng)論0 收藏0
  • 跟著阿里p7一起學(xué)java高并發(fā) - 第18天:玩轉(zhuǎn)java線程,這一篇就夠了

    摘要:高并發(fā)系列第篇文章。簡(jiǎn)單的說,在使用了線程池之后,創(chuàng)建線程變成了從線程池中獲取一個(gè)空閑的線程,然后使用,關(guān)閉線程變成了將線程歸還到線程池。如果調(diào)用了線程池的方法,線程池會(huì)提前把核心線程都創(chuàng)造好,并啟動(dòng)線程池允許創(chuàng)建的最大線程數(shù)。 java高并發(fā)系列第18篇文章。 本文主要內(nèi)容 什么是線程池 線程池實(shí)現(xiàn)原理 線程池中常見的各種隊(duì)列 自定義線程創(chuàng)建的工廠 常見的飽和策略 自定義飽和策略 ...

    AdolphLWQ 評(píng)論0 收藏0
  • Java中的線程

    摘要:中的線程池運(yùn)用場(chǎng)景非常廣泛,幾乎所有的一步或者并發(fā)執(zhí)行程序都可以使用。代碼中如果執(zhí)行了方法,線程池會(huì)提前創(chuàng)建并啟動(dòng)所有核心線程。線程池最大數(shù)量線程池允許創(chuàng)建的線程最大數(shù)量。被稱為是可重用固定線程數(shù)的線程池。 Java中的線程池運(yùn)用場(chǎng)景非常廣泛,幾乎所有的一步或者并發(fā)執(zhí)行程序都可以使用。那么線程池有什么好處呢,以及他的實(shí)現(xiàn)原理是怎么樣的呢? 使用線程池的好處 在開發(fā)過程中,合理的使用線程...

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