java多线程线程池,线程池原理

第一部分

来看一下线程池的框架图,如下: 

1、Executor任务提交接口与Executors工具类

  Executor框架同java.util.concurrent.Executor 接口在Java 5中被引入。Executor框架是一个根据一组执行策略调用,调度,执行和控制的异步任务的框架。Executor存在的目的是提供一种将”任务提交”与”任务如何运行”分离开来的机制。定义如下:

publicinterfaceExecutor{voidexecute(Runnable command);  }

1

2

3

虽然只有一个方法,但是却为灵活且强大的异步任务执行框架提供了基础。它提供了一种标准的方法将任务的提交过程与执行过程解耦开来,并用Runnable来表示任务。那么我们怎么得到Executor对象呢?这就是接下来要介绍的Exectors了。 

Executors为Executor,ExecutorService,ScheduledExecutorService,ThreadFactory和Callable类提供了一些工具方法,类似于集合中的Collections类的功能。Executors方便的创建线程池。

1>newCachedThreadPool :该线程池比较适合没有固定大小并且比较快速就能完成的小任务,它将为每个任务创建一个线程。那这样子它与直接创建线程对象(new Thread())有什么区别呢?看到它的第三个参数60L和第四个参数TimeUnit.SECONDS了吗?好处就在于60秒内能够重用已创建的线程。下面是Executors中的newCachedThreadPool()的源代码:

publicstaticExecutorServicenewCachedThreadPool() {returnnewThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,60L, TimeUnit.SECONDS,newSynchronousQueue());      }

1

2

3

2> newFixedThreadPool使用的Thread对象的数量是有限的,如果提交的任务数量大于限制的最大线程数,那么这些任务讲排队,然后当有一个线程的任务结束之后,将会根据调度策略继续等待执行下一个任务。下面是Executors中的newFixedThreadPool()的源代码:

publicstaticExecutorServicenewFixedThreadPool(intnThreads) {returnnewThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,newLinkedBlockingQueue());    }

1

2

3

3>newSingleThreadExecutor就是线程数量为1的FixedThreadPool,如果提交了多个任务,那么这些任务将会排队,每个任务都会在下一个任务开始之前运行结束,所有的任务将会使用相同的线程。下面是Executors中的newSingleThreadExecutor()的源代码:

publicstaticExecutorServicenewSingleThreadExecutor() {returnnewFinalizableDelegatedExecutorService              (newThreadPoolExecutor(1,1,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,newLinkedBlockingQueue()));      }

1

2

3

4

4>newScheduledThreadPool创建一个固定长度的线程池,而且以延迟或定时的方式来执行任务。 

通过如上配置的线程池的创建方法源代码,我们可以发现: 

1> 除了CachedThreadPool使用的是直接提交策略的缓冲队列以外,其余两个用的采用的都是无界缓冲队列,也就说,FixedThreadPool和SingleThreadExecutor创建的线程数量就不会超过 corePoolSize。 

2> 我们可以再来看看三个线程池采用的ThreadPoolExecutor构造方法都是同一个,使用的都是默认的ThreadFactory和handler:

privatestaticfinalRejectedExecutionHandler defaultHandler =newAbortPolicy();publicThreadPoolExecutor(intcorePoolSize,intmaximumPoolSize,longkeepAliveTime,                      TimeUnit unit,                      BlockingQueue workQueue) {this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,          Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);  }

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

  也就说三个线程池创建的线程对象都是同组,优先权等级为正常的Thread.NORM_PRIORITY(5)的非守护线程,使用的被拒绝任务处理方式是直接抛出异常的AbortPolicy策略(前面有介绍)。

2、ExecutorService任务周期管理接口

  Executor的实现通常都会创建线程来执行任务,但是使用异步方式来执行任务时,由于之前提交任务的状态不是立即可见的,所以如果要关闭应用程序时,就需要将受影响的任务状态反馈给应用程序。

  为了解决执行服务的生命周期问题,Executor扩展了EecutorService接口,添加了一些用于生命周期管理的方法。如下:

publicinterfaceExecutorServiceextendsExecutor{voidshutdown();      List shutdownNow();booleanisShutdown();booleanisTerminated();booleanawaitTermination(longtimeout, TimeUnit unit)throwsInterruptedException;// 省略部分方法  }

1

2

3

4

5

6

7

8

3、ThreadPoolExecutor线程池实现类

  先来看一下这个类中定义的重要变量,如下:

privatefinalBlockingQueue workQueue;// 阻塞队列  privatefinalReentrantLock mainLock =newReentrantLock();// 互斥锁  privatefinalHashSet workers =newHashSet();// 线程集合.一个Worker对应一个线程  privatefinalCondition termination = mainLock.newCondition();// 终止条件  privateintlargestPoolSize;// 线程池中线程数量曾经达到过的最大值。  privatelongcompletedTaskCount;// 已完成任务数量  privatevolatileThreadFactory threadFactory;// ThreadFactory对象,用于创建线程。  privatevolatileRejectedExecutionHandler handler;// 拒绝策略的处理句柄  privatevolatilelongkeepAliveTime;// 线程池维护线程所允许的空闲时间  privatevolatilebooleanallowCoreThreadTimeOut;privatevolatileintcorePoolSize;// 线程池维护线程的最小数量,哪怕是空闲的  privatevolatileintmaximumPoolSize;// 线程池维护的最大线程数量 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

其中有几个重要的规则需要说明一下: 

1> corePoolSize与maximumPoolSize 由于ThreadPoolExecutor 将根据 corePoolSize和 maximumPoolSize设置的边界自动调整池大小,当新任务在方法 execute(java.lang.Runnable) 中提交时: 

(1)如果运行的线程少于 corePoolSize,则创建新线程来处理请求,即使其他辅助线程是空闲的; 

(2)如果设置的corePoolSize 和 maximumPoolSize相同,则创建的线程池是大小固定的,如果运行的线程与corePoolSize相同,当有新请求过来时,若workQueue未满,则将请求放入workQueue中,等待有空闲的线程去从workQueue中取任务并处理 

(3)如果运行的线程多于 corePoolSize 而少于 maximumPoolSize,则仅当队列满时才创建新线程才创建新的线程去处理请求; 

(4)如果运行的线程多于corePoolSize 并且等于maximumPoolSize,若队列已经满了,则通过handler所指定的策略来处理新请求; 

(5)如果将 maximumPoolSize 设置为基本的无界值(如 Integer.MAX_VALUE),则允许池适应任意数量的并发任务 


也就是说,处理任务的优先级为: 

(1) 核心线程corePoolSize > 任务队列workQueue > 最大线程maximumPoolSize,如果三者都满了,使用handler处理被拒绝的任务。 

(2)当池中的线程数大于corePoolSize的时候,多余的线程会等待keepAliveTime长的时间,如果无请求可处理就自行销毁。 

2> workQueue 线程池所使用的缓冲队列,该缓冲队列的长度决定了能够缓冲的最大数量,缓冲队列有三种通用策略: 

1) 直接提交。工作队列的默认选项是 SynchronousQueue,它将任务直接提交给线程而不保持它们。在此,如果不存在可用于立即运行任务的线程,则试图把任务加入队列将失败,因此会构造一个新的线程。此策略可以避免在处理可能具有内部依赖性的请求集时出现锁。直接提交通常要求无界 maximumPoolSizes 以避免拒绝新提交的任务。当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时,此策略允许无界线程具有增长的可能性; 


2) 无界队列。使用无界队列(例如,不具有预定义容量的 LinkedBlockingQueue)将导致在所有 corePoolSize 线程都忙时新任务在队列中等待。这样,创建的线程就不会超过 corePoolSize。(因此,maximumPoolSize 的值也就无效了。)当每个任务完全独立于其他任务,即任务执行互不影响时,适合于使用无界队列;例如,在 Web 页服务器中。这种排队可用于处理瞬态突发请求,当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时,此策略允许无界线程具有增长的可能性; 

3>ThreadFactory 使用 ThreadFactory 创建新线程。如果没有另外说明,则在同一个 ThreadGroup 中一律使用 Executors.defaultThreadFactory() 创建线程,并且这些线程具有相同的 NORM_PRIORITY 优先级和非守护进程状态。通过提供不同的 ThreadFactory,可以改变线程的名称、线程组、优先级、守护进程状态等等。如果从 newThread 返回 null 时 ThreadFactory 未能创建线程,则执行程序将继续运行,但不能执行任何任务。

publicinterfaceThreadFactory{Thread newThread(Runnable r);  }

1

2

3

  而构造方法中的threadFactory对象,是通过 Executors.defaultThreadFactory()返回的。Executors.java中的defaultThreadFactory()源码如下:

publicstaticThreadFactorydefaultThreadFactory() {returnnewDefaultThreadFactory();  }

1

2

3

  在DefaultThreadFactory类中实现了ThreadFactory接口并对其中定义的方法进行了实现,如下:

staticclass DefaultThreadFactory implements ThreadFactory {privatestaticfinalAtomicInteger poolNumber =newAtomicInteger(1);privatefinalThreadGroup group;privatefinalAtomicInteger threadNumber =newAtomicInteger(1);privatefinalString namePrefix;      DefaultThreadFactory() {          SecurityManager s = System.getSecurityManager();          group = (s !=null) ? s.getThreadGroup() :  Thread.currentThread().getThreadGroup();          namePrefix ="pool-"+  poolNumber.getAndIncrement() +"-thread-";      }// 为线程池创建新的任务执行线程  publicThreadnewThread(Runnable r) {// 线程对应的任务是Runnable对象r  Thread t =newThread(group, r,namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(),0);// 设为非守护线程  if(t.isDaemon())              t.setDaemon(false);// 将优先级设为Thread.NORM_PRIORITY  if(t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY)              t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);returnt;      }  }

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

4>RejectedExecutionHandler 

当Executor已经关闭(即执行了executorService.shutdown()方法后),并且Executor将有限边界用于最大线程和工作队列容量,且已经饱和时,在方法execute()中提交的新任务将被拒绝. 

在以上述情况下,execute 方法将调用其 RejectedExecutionHandler 的RejectedExecutionHandler.rejectedExecution(java.lang.Runnable, java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor) 方法。下面提供了四种预定义的处理程序策略: 

1) 在默认的 ThreadPoolExecutor.AbortPolicy 处理程序遭到拒绝将抛出运行时 RejectedExecutionException; 

2) 在 ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy 线程调用运行该任务的 execute 本身。此策略提供简单的反馈控制机制,能够减缓新任务的提交速度 

3) 在 ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy 不能执行的任务将被删除; 

4) 在 ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy 如果执行程序尚未关闭,则位于工作队列头部的任务将被删除,然后重试执行程序(如果再次失败,则重复此过程)。 

线程池默认会采用的是defaultHandler策略。首先看defaultHandler的定义:

privatestaticfinalRejectedExecutionHandler defaultHandler =newAbortPolicy();// 使用默认的拒绝策略 

1

publicstaticclassAbortPolicyimplementsRejectedExecutionHandler{publicAbortPolicy() { }// 抛出异常  publicvoidrejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {thrownewRejectedExecutionException("Task "+ r.toString() +" rejected from "+  e.toString());      }  }

1

2

3

4

5

6

7

  看一下其他拒绝策略的具体实现。

class MyRunnable implements Runnable {privateString name;publicMyRunnable(String name) {this.name = name;      }@Overridepublicvoidrun() {try{              System.out.println(this.name +" is running.");              Thread.sleep(100);          }catch(Exception e) {              e.printStackTrace();          }      }  }

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

如上是一个测试任务的例子,下面编写4个测试用例来测试。 


1.DiscardPolicy 示例

publicclassDiscardPolicyDemo{privatestaticfinalintTHREADS_SIZE =1;privatestaticfinalintCAPACITY =1;publicstaticvoidmain(String[] args)throwsException {// 创建线程池。线程池的"最大池大小"和"核心池大小"都为1(THREADS_SIZE),"线程池"的阻塞队列容量为1(CAPACITY)。  ThreadPoolExecutor pool =newThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE,0, TimeUnit.SECONDS,newArrayBlockingQueue(CAPACITY));// 设置线程池的拒绝策略为"丢弃"  pool.setRejectedExecutionHandler(newThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());// 新建10个任务,并将它们添加到线程池中。  for(inti =0; i <10; i++) {              Runnable myrun =newMyRunnable("task-"+i);              pool.execute(myrun);          }// 关闭线程池  pool.shutdown();      }  }

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

线程池pool的”最大池大小”和”核心池大小”都为1(THREADS_SIZE),这意味着”线程池能同时运行的任务数量最大只能是1”。 

线程池pool的阻塞队列是ArrayBlockingQueue,ArrayBlockingQueue是一个有界的阻塞队列,ArrayBlockingQueue的容量为1。这也意味着线程池的阻塞队列只能有一个线程池阻塞等待。 

根据”“中分析的execute()代码可知:线程池中共运行了2个任务。第1个任务直接放到Worker中,通过线程去执行;第2个任务放到阻塞队列中等待。其他的任务都被丢弃了!

2.DiscardOldestPolicy 示例

publicclassDiscardOldestPolicyDemo{privatestaticfinalintTHREADS_SIZE =1;privatestaticfinalintCAPACITY =1;publicstaticvoidmain(String[] args)throwsException {// 创建线程池。线程池的"最大池大小"和"核心池大小"都为1(THREADS_SIZE),"线程池"的阻塞队列容量为1(CAPACITY)。  ThreadPoolExecutor pool =newThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE,0, TimeUnit.SECONDS,newArrayBlockingQueue(CAPACITY));// 设置线程池的拒绝策略为"DiscardOldestPolicy"  pool.setRejectedExecutionHandler(newThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());// 新建10个任务,并将它们添加到线程池中。  for(inti =0; i <10; i++) {              Runnable myrun =newMyRunnable("task-"+i);              pool.execute(myrun);          }// 关闭线程池  pool.shutdown();      }  }

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

运行结果:

task-0isrunning.task-9isrunning.

1

2

将”线程池的拒绝策略”由DiscardPolicy修改为DiscardOldestPolicy之后,当有任务添加到线程池被拒绝时,线程池会丢弃阻塞队列中末尾的任务,然后将被拒绝的任务添加到末尾。

3.AbortPolicy 示例

publicclassAbortPolicyDemo{privatestaticfinalintTHREADS_SIZE =1;privatestaticfinalintCAPACITY =1;publicstaticvoidmain(String[] args)throwsException {// 创建线程池。线程池的"最大池大小"和"核心池大小"都为1(THREADS_SIZE),"线程池"的阻塞队列容量为1(CAPACITY)。  ThreadPoolExecutor pool =newThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE,0, TimeUnit.SECONDS,newArrayBlockingQueue(CAPACITY));// 设置线程池的拒绝策略为"抛出异常"  pool.setRejectedExecutionHandler(newThreadPoolExecutor.AbortPolicy());try{// 新建10个任务,并将它们添加到线程池中。  for(inti =0; i <10; i++) {                  Runnable myrun =newMyRunnable("task-"+i);                  pool.execute(myrun);              }          }catch(RejectedExecutionException e) {              e.printStackTrace();// 关闭线程池  pool.shutdown();          }      }  }

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

(某一次)运行结果:

java.util.concurrent.RejectedExecutionExceptionat java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:1774)    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:768)    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:656)    at AbortPolicyDemo.main(AbortPolicyDemo.java:27)task-0is running.task-1is running.

1

2

3

4

5

6

7

8

  将”线程池的拒绝策略”由DiscardPolicy修改为AbortPolicy之后,当有任务添加到线程池被拒绝时,会抛出RejectedExecutionException。

4.CallerRunsPolicy 示例

publicclassCallerRunsPolicyDemo{privatestaticfinalintTHREADS_SIZE =1;privatestaticfinalintCAPACITY =1;publicstaticvoidmain(String[] args)throwsException {// 创建线程池。线程池的"最大池大小"和"核心池大小"都为1(THREADS_SIZE),"线程池"的阻塞队列容量为1(CAPACITY)。  ThreadPoolExecutor pool =newThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE,0, TimeUnit.SECONDS,newArrayBlockingQueue(CAPACITY));// 设置线程池的拒绝策略为"CallerRunsPolicy"  pool.setRejectedExecutionHandler(newThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());// 新建10个任务,并将它们添加到线程池中。  for(inti =0; i <10; i++) {              Runnable myrun =newMyRunnable("task-"+i);              pool.execute(myrun);          }// 关闭线程池  pool.shutdown();      }  }

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

(某一次)运行结果:

task-2isrunning.task-3isrunning.task-4isrunning.task-5isrunning.task-6isrunning.task-7isrunning.task-8isrunning.task-9isrunning.task-0isrunning.task-1isrunning.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

  将”线程池的拒绝策略”由DiscardPolicy修改为CallerRunsPolicy之后,当有任务添加到线程池被拒绝时,线程池会将被拒绝的任务添加到”线程池正在运行的线程”中取运行。

第二部分

转自这里

线程池能够复用线程,减少线程创建,销毁,恢复等状态切换的开销,提高程序的性能。一个线程池管理了一组工作线程,同时它还包括了一个用于放置等待执行的任务的队列。 

ThreadPoolExecutor类中定义了一些与线程状态与活动线程数相关的一些变量,如下:

privatefinalAtomicInteger ctl =newAtomicInteger(ctlOf(RUNNING,0));// 将整型的24位分为高3位和低29位,高3位表示线程池的状态,低29位表示活动的线程数  privatestaticfinalintCOUNT_BITS = Integer.SIZE -3;privatestaticfinalintCAPACITY  = (1<< COUNT_BITS) -1;// 29位能表示的最大二进制整数,也就是活动线程数  // 高3位数值代表的线程池状态  privatestaticfinalintRUNNING    = -1<< COUNT_BITS;// running 线程池能接受新任务  privatestaticfinalintSHUTDOWN  =0<< COUNT_BITS;// shutdown 线程池不再接受新任务  privatestaticfinalintSTOP      =1<< COUNT_BITS;// stop 线程池不再接受新任务,不再执行队列中的任务,而且要中断正在处理的任务  privatestaticfinalintTIDYING    =2<< COUNT_BITS;// tidying 线程池所有任务均已终止  privatestaticfinalintTERMINATED =3<< COUNT_BITS;// terminated terminated()方法执行结束 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

由如上可知: 

ctl是一个AtomicInteger类型的原子对象。ctl记录了”线程池中的任务数量”和”线程池状态”2个信息。ctl共包括32位。其中,高3位表示”线程池状态”,低29位表示”线程池中的任务数量”。

RUNNING--对应的高3位值是111SHUTDOWN--对应的高3位值是000STOP--对应的高3位值是001TIDYING--对应的高3位值是010TERMINATED--对应的高3位值是011

1

2

3

4

5

线程池各个状态之间的切换如下图所示: 


线程池各个状态间的转换的详细解释如下所示。 

1> RUNNING(111) -> SHUTDOWN(000) : 调用了shutdown方法,线程池实现了finalize方法,在里面调用了shutdown方法,因此shutdown可能是在finalize中被隐式调用的 

2> (RUNNING(111) or SHUTDOWN(000)) -> STOP(001) 调用了shutdownNow方法

  3> SHUTDOWN(000) -> TIDYING(010) : 当队列和线程池均为空的时候

  4> STOP(001) -> TIDYING(010) : 当线程池为空的时候

  5> TIDYING(010) -> TERMINATED(011) : terminated()方法调用完毕

  说明:扩号后的3位数字表示ctl的高3位二进制值,并不关注低29位二进制的值

  还有一些对常量的操作方法,只说明部分,其他的有兴趣自己可以去查看,如下:

privatestaticintrunStateOf(intc)    {returnc & ~CAPACITY; }// 得到线程运行状态  privatestaticintworkerCountOf(intc)  {returnc & CAPACITY; }// 得到活动线程数  privatestaticintctlOf(intrs,intwc) {returnrs | wc; }// 得到两者表示的值 

1

2

3

  来看一下ThreadPoolExecutor()中最主要的一个构造函数,如下:

publicThreadPoolExecutor(intcorePoolSize,intmaximumPoolSize,longkeepAliveTime,                            TimeUnit unit,                            BlockingQueue workQueue,                            ThreadFactory threadFactory,                            RejectedExecutionHandler handler) {if(corePoolSize <0|| maximumPoolSize <=0|| maximumPoolSize < corePoolSize ||  keepAliveTime <0)thrownewIllegalArgumentException();if(workQueue ==null|| threadFactory ==null|| handler ==null)thrownewNullPointerException();this.corePoolSize = corePoolSize;this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;this.workQueue = workQueue;this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);this.threadFactory = threadFactory;this.handler = handler;  }

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

  调用Executors方法中的几个方法,如newCachedThreadPool()、newFixedThreadPool()时,都会间接调用上面的构造方法来初始化所有的线程池相关变量。

1、创建线程池并执行任务

有了Executor对象后,就可以调用execute()方法执行任务了。方法的源代码如下:

publicvoidexecute(Runnable command) {if(command ==null)// 任务为null,则抛出异常  thrownewNullPointerException();intc = ctl.get();// 取出记录着runState和workerCount 的 ctl的当前值  /*

        *  通过workerCountOf方法从ctl所表示的int值中提取出低29位的值,也就是当前活动的线程数。如果当前

        *  活动的线程数少于corePoolSize,则通过addWorker(command, true)新建一个线程,并将任务(command)

        *  添加到该线程中

        */if(workerCountOf(c) < corePoolSize) {/*

            * addWorker()返回值表示:

            * 1、true 表示需要检测当前运行的线程是否小于corePoolSize

            * 2、false 表示需要检测当前运行的线程数量是否小于maxPoolSize

            */if(addWorker(command,true))return;// 新线程创建成功,终止该方法的执行  c = ctl.get();// 任务添加到线程失败,取出记录着runState和workerCount 的 ctl的当前值  }/*

        * 方法解释:

        * isRunning(c) 当前线程池是否处于运行状态。源代码是通过判断c < SHUTDOWN 来确定返回值。由于RUNNING才会接收新任务,且只有这个值-1才小于SHUTDOWN

        * workQueue.offer(command) 任务添加到缓冲队列

        */if(isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {// 当前线程处于运行状态且成功添加到缓冲队列  intrecheck = ctl.get();/*

            * 如果 线程池已经处于非运行状态,则从缓冲队列中移除任务然后采用线程池指定的策略拒绝任务

            * 如果 线程池中任务数量为0,则通过addWorker(null, false)尝试新建一个线程,新建线程对应的任务为null

            */if(! isRunning(recheck) && remove(command))                      reject(command);elseif(workerCountOf(recheck) ==0)// 得到活动线程数为0          addWorker(null,false);          }/*

        * 当不满足以下两个条件时执行如下代码:

        *  1. 当前线程池并不处于Running状态   

        *  2. 当前线程池处于Running状态,但是缓冲队列已经满了 

        */elseif(!addWorker(command,false))              reject(command);// 采用线程池指定的策略拒绝任务  }

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

  当前活动的线程小于corePoolSize了,那么等于和大于corePoolSize怎么处理呢?

  1> 当前活动的线程数量 >= corePoolSize 的时候,都是优先添加到队列中,直到队列满了才会去创建新的线程,在这里第27 行的if语句已经体现出来了。这里利用了&&的特性,只有当第一个条件会真时才会去判断第二个条件,第一个条件是isRunning(),判断线程池是否处于RUNNING状态,因为只有在这个状态下才会接受新任务,否则就拒绝,如果正处于RUNNING状态,那么就加入队列,如果加入失败可能就是队列已经满了,这时候直接执行第29行。

  2> 在execute()方法中,当 当前活动的线程数量 < corePoolSize 时,会执行addWorker()方法,关于addWorker(),它是用来直接新建线程用的,之所以叫addWorker而不是addThread是因为在线程池中,所有的线程都用一个Worker对象包装着,来看一下这个方法:

/**  * 创建并执行新线程  * @paramfirstTack 用于指定新增的线程执行的第一个任务  *  * @paramcore      true表示在新增线程时会判断当前活动线程数是否少于corePoolSize,  *                  false表示新增线程前需要判断当前活动线程数是否少于maximumPoolSize  *  * @return是否成功新增一个线程  */privatebooleanaddWorker(Runnable firstTask,booleancore) {        retry:for(;;) {intc = ctl.get();// 获取记录着runState和workCount的int变量的当前值  intrs = runStateOf(c);// 获取当前线程池运行的状态  /*

            这个条件代表着以下几个情景,就直接返回false说明线程创建失败:

            1.rs > SHUTDOWN; 此时不再接收新任务,且所有的任务已经执行完毕

            2.rs = SHUTDOWN; 此时不再接收新任务,但是会执行队列中的任务,在后面的或语句中,第一个不成立,firstTask != null成立

            3.rs = SHUTDOWN;此时不再接收新任务,fistTask == null,任务队列workQueue已经空了

          */if(rs >= SHUTDOWN &&                ! (rs == SHUTDOWN &&                  firstTask ==null&&                  ! workQueue.isEmpty()))returnfalse;for(;;) {//获取当前活动的线程数  intwc = workerCountOf(c);//先判断当前活动的线程数是否大于最大值,如果超过了就直接返回false说明线程创建失败  //如果没有超过再根据core的值再进行以下判断  /*

                  1.core为true,则判断当前活动的线程数是否大于corePoolSize

                  2.core为false,则判断当前活动线程数是否大于maximumPoolSize

              */if(wc >= CAPACITY ||                    wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))returnfalse;//比较当前值是否和c相同,如果相同,则改为c+1,并且跳出大循环,直接执行Worker进行线程创建  if(compareAndIncrementWorkerCount(c))breakretry;                c = ctl.get();// 获取ctl的当前值  if(runStateOf(c) != rs)//检查下当前线程池的状态是否已经发生改变  continueretry;//如果已经改变了,则进行外层retry大循环,否则只进行内层的循环  // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop  }        }//下面这里就是开始创建新的线程了  //Worker的也是Runnable的实现类  Worker w =newWorker(firstTask);//因为不可以直接在Worker的构造方法中进行线程创建  //所以要把它的引用赋给t方便后面进行线程创建  Thread t = w.thread;finalReentrantLock mainLock =this.mainLock;        mainLock.lock();try{//再次取出ctl的当前值,用于进行状态的检查,防止线程池的已经状态改变了  intc = ctl.get();intrs = runStateOf(c);//将if语句中的条件转换为一个等价实现 :t == null || (rs >= SHUTDOWN && (rs != SHUTDOWN || firstTask != null))  //有个t == null是因为如果使用的是默认的ThreadFactory的话,那么它的newThread()可能会返回null  /*

            1. 如果t == null, 则减少一个线程数,如果线程池处于的状态 > SHUTDOWN,则尝试终止线程池

            2. 如果t != null,且rs == SHUTDOWN,则不再接收新任务,若firstTask != null,则此时也是返回false,创建线程失败

            3. 如果t != null, 且rs > SHUTDOWN,同样不再接受新任务,此时也是返回false,创建线程失败

          */if(t ==null||                (rs >= SHUTDOWN &&                ! (rs == SHUTDOWN &&                    firstTask ==null))) {                decrementWorkerCount();//减少一个活动的当前线程数  tryTerminate();//尝试终止线程池  returnfalse;//返回线程创建失败  }            workers.add(w);//将创建的线程添加到workers容器中  ints = workers.size();//获取当前线程活动的数量  if(s > largestPoolSize)//判断当前线程活动的数量是否超过线程池最大的线程数量  largestPoolSize = s;//当池中的工作线程创新高时,会将这个数记录到largestPoolSize字段中。然后就可以启动这个线程t了  }finally{            mainLock.unlock();        }        t.start();//开启线程  //若start后,状态又变成了SHUTDOWN状态(如调用了shutdownNow方法)且新建的线程没有被中断过,  //就要中断该线程(shutdownNow方法要求中断正在执行的线程),  //shutdownNow方法本身也会去中断存储在workers中的所有线程  if(runStateOf(ctl.get()) == STOP && ! t.isInterrupted())            t.interrupt();returntrue;    }

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

  那么在创建线程的时候,线程执行的是什么的呢?

  我们前面提到Worker继承的其实也是Runnable,它在创建线程的时候是以自身作为任务传进先创建的线程中的,这段比较简单,我就不一一注释了,只是给出源代码给大家看吧。

Worker(Runnable firstTask) {this.firstTask = firstTask;//this指的是worker对象本身this.thread = getThreadFactory().newThread(this); }

1

2

3

4

5

  它以自身的对象作为线程任务传进去,那么它的run方法又是怎样的呢?

publicvoidrun() {    runWorker(this);}

1

2

3

竟然只有一句话调用runWorker()方法,这个可是重头戏,我们来看看,究竟运行的是什么。

/**  * 执行Worker中的任务,它的执行流程是这样的:  * 若存在第一个任务,则先执行第一个任务,否则,从队列中拿任务,不断的执行,  * 直到getTask()返回null或执行任务出错(中断或任务本身抛出异常),就退出while循环。  * @paramw woker  */finalvoidrunWorker(Worker w) {          Runnable task = w.firstTask;//将当前Worker中的任务取出来交给task,并释放掉w.firstTask占用的内存  w.firstTask =null;//用于判断线程是否由于异常终止,如果不是异常终止,在后面将会将该变量的值改为false  //该变量的值在processWorkerExit()会使用来判断线程是否由于异常终止  booleancompletedAbruptly =true;try{//执行任务,直到getTask()返回的值为null,在此处就相当于复用了线程,让线程执行了多个任务  while(task !=null|| (task = getTask()) !=null) {                      w.lock();                  clearInterruptsForTaskRun();//对线程池状态进行一次判断,后面我们会讲解一下该方法  try{                      beforeExecute(w.thread, task);//在任务执行前需要做的逻辑方法,该方面可以由用户进行重写自定义  Throwable thrown =null;try{                          task.run();//开始执行任务  }catch(RuntimeException x) {                          thrown = x;throwx;                      }catch(Error x) {                          thrown = x;throwx;                      }catch(Throwable x) {                          thrown = x;thrownewError(x);                      }finally{                          afterExecute(task, thrown);//在任务执行后需要做的逻辑方法,该方面可以由用户进行重写自定义  }                  }finally{                      task =null;                          w.completedTasks++;//增加该线程完成的任务  w.unlock();                  }              }              completedAbruptly =false;//线程不是异常终止  }finally{              processWorkerExit(w, completedAbruptly);//结束该线程  }      }

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

  下面就是线程在执行任务之前对线程池状态的一次判断:

/**    * 对线程的结束做一些清理和数据同步    * @paramw 封装线程的Worker    * @paramcompletedAbruptly 表示该线程是否结束于异常    */privatevoidprocessWorkerExit(Worker w,booleancompletedAbruptly) {// 如果completedAbruptly值为true,则说明线程是结束于异常  //如果不是结束于异常,那么它降在runWorker方法的while循环中的getTask()方法中已经减一了  if(completedAbruptly)            decrementWorkerCount();//此时将线程数量减一  finalReentrantLock mainLock =this.mainLock;        mainLock.lock();try{            completedTaskCount += w.completedTasks;//统计总共完成的任务数  workers.remove(w);//将该线程数从workers容器中移除  }finally{            mainLock.unlock();        }        tryTerminate();//尝试终止线程池  intc = ctl.get();//接下来的这个if块要做的事儿了。当池的状态还是RUNNING,  //又要分两种情况,一种是异常结束,一种是正常结束。异常结束比较好弄,直接加个线程替换死掉的线程就好了,  //也就是最后的addWorker操作  if(runStateLessThan(c, STOP)) {//如果当前运行状态为RUNNING,SHUTDOWN  if(!completedAbruptly) {//如果线程不是结束于异常  intmin = allowCoreThreadTimeOut ?0: corePoolSize;//是否允许线程超时结束  if(min ==0&& ! workQueue.isEmpty())//如果允许把那个且队列不为空  min =1;//至少要保留一个线程来完成任务  //如果当前活动的线程数大于等于最小的值  // 1.不允许核心线程超时结束,则必须要使得活动线程数超过corePoolSize数才可以  // 2. 允许核心线程超时结束,但是队列中有任务,必须留至少一个线程  if(workerCountOf(c) >= min)return;// replacement not needed  }//直接加个线程  addWorker(null,false);            }    }

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

  前面我们的方法遇见过很多次tryTerminate()方法,到底他是怎样尝试结束线程池的呢?

/**

* 执行该方法,根据线程池状态进行  判断是否结束线程池

*/finalvoidtryTerminate() {for(;;) {intc = ctl.get();if(isRunning(c) ||//线程池正在运行中,自然不能结束线程池啦  runStateAtLeast(c, TIDYING) ||//如果状态为TIDYING或TERMINATED,池中的活动线程数已经是0,自然也不需要做什么操作了  (runStateOf(c) == SHUTDOWN && ! workQueue.isEmpty()))//线程池出于SHUTDOWN状态,但是任务队列不为空,自然不能结束线程池啦  return;if(workerCountOf(c) !=0) {// Eligible to terminate  /*

              调用这个方法的目的是将shutdown信号传播给其它线程。

              调用shutdown方法的时候会去中断所有空闲线程,如果这时候池中所有的线程都正在执行任务,

              那么就不会有线程被中断,调用shutdown方法只是设置了线程池的状态为SHUTDOWN,

              在取任务(getTask,后面会细说)的时候,假如很多线程都发现队列里还有任务(没有使用锁,存在竞态条件),

              然后都去调用take,如果任务数小于池中的线程数,那么必然有方法调用take后会一直等待(shutdown的时候这些线程正在执行任务,

              所以没能调用它的interrupt,其中断状态没有被设置),那么在没有任务且线程池的状态为SHUTDWON的时候,

              这些等待中的空闲线程就需要被终止iinterruptIdleWorkers(ONLY_ONE)回去中断一个线程,让其从take中退出,

              然后这个线程也进入同样的逻辑,去终止一个其它空闲线程,直到池中的活动线程数为0。

            */interruptIdleWorkers(ONLY_ONE);return;          }finalReentrantLock mainLock =this.mainLock;          mainLock.lock();try{/*

              当状态为SHUTDOWN,且活动线程数为0的时候,就可以进入TIDYING状态了,

              进入TIDYING状态就可以执行方法terminated(),

              该方法执行结束就进入了TERMINATED状态(参考前文中各状态的含义以及可能的状态转变)

            */if(ctl.compareAndSet(c, ctlOf(TIDYING,0))) {try{                      terminated();//执行该方法,结束线程池  }finally{                      ctl.set(ctlOf(TERMINATED,0));/*

                      当线程池shutdown后,外部可能还有很多线程在等待线程池真正结束,

                      即调用了awaitTermination方法,该方法中,外部线程就是在termination上await的,

                      所以,线程池关闭之前要唤醒这些等待的线程,告诉它们线程池关闭结束了。

                    */termination.signalAll();                  }return;              }          }finally{              mainLock.unlock();          }// else retry on failed CAS  }  }

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

2、关闭线程池

  关闭时使用shutdown()方法,源码如下:

publicvoidshutdown() {finalReentrantLock mainLock =this.mainLock;        mainLock.lock();try{            checkShutdownAccess();// 检查终止线程池的线程是否有权限。  advanceRunState(SHUTDOWN);// 设置线程池的状态为关闭状态。  interruptIdleWorkers();// 中断线程池中空闲的线程  onShutdown();// 钩子函数,在ThreadPoolExecutor中没有任何动作  }finally{            mainLock.unlock();        }        tryTerminate();// 尝试终止线程池  }

推荐阅读更多精彩内容

  • 在我们的开发中“池”的概念并不罕见,有数据库连接池、线程池、对象池、常量池等等。下面我们主要针对线程池来一步一步揭...
    Alukar阅读 546评论 2 1
  • 在我们的开发中“池”的概念并不罕见,有数据库连接池、线程池、对象池、常量池等等。下面我们主要针对线程池来一步一步揭...
    Java架构阅读 3,263评论 4 87
  • 为什么使用线程池 当我们在使用线程时,如果每次需要一个线程时都去创建一个线程,这样实现起来很简单,但是会有一个问题...
    闽越布衣阅读 3,065评论 10 44
  • 楚城人间四月天, 湖边垂柳低照颜。 澄黄一片菜花田, 争相怒放惹人念。 “《墙头马上》――我在洛阳的阳春三月,牡丹...
    o0嘴角微翘0o阅读 62评论 0 0
  • 01 “爱笑的女孩运气不会太差”,这是快被用滥的一句话。 我曾把它当做座右铭。脸都快笑烂了,也没中彩票,反倒收获了...
    俐缘阅读 569评论 2 4