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Java線程池ThreadPoolExecutor源碼深入分析

 更新時(shí)間:2022年08月26日 10:46:54   作者:niuyongzhi  
ThreadPoolExecutor作為java.util.concurrent包對(duì)外提供基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn),以內(nèi)部線程池的形式對(duì)外提供管理任務(wù)執(zhí)行,線程調(diào)度,線程池管理等等服務(wù)

1.線程池Executors的簡(jiǎn)單使用

 1)創(chuàng)建一個(gè)線程的線程池。
 Executors.newSingleThreadExecutor();
 //創(chuàng)建的源碼
   public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
         return new FinalizableDelegatedExecutorService
             (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                     0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                     new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
     }
 2)創(chuàng)建固定大小的線程池,參數(shù)為int,是線程池核心線程和最大線程的數(shù)量
 Executors.newFixedThreadPool(2);
  //創(chuàng)建的源碼
   public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
         return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                       0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                       new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
     }
 3)創(chuàng)建一個(gè)線程數(shù)不設(shè)限的線程池,
  //創(chuàng)建的源碼,核心線程是0,最大線程是Integer.MAX_VALUE
   Executors.newCachedThreadPool();
       public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
           return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                         60L, TimeUnit.SECONDS,
                                         new SynchronousQueue<Runnable>());
   }

使用方法,使用同步代碼塊,保證線程池實(shí)例是唯一的。

使用方法:
  private static ExecutorService sSingleThreadExecutor = null; // lazy, guarded by class
     public static ExecutorService singleThreadExecutor() {
        //當(dāng)前的類對(duì)象為鎖
         synchronized (ThreadPool.class) {
             if (sSingleThreadExecutor == null) {
                 sSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
             }
             return sSingleThreadExecutor;
         }
   }

通過(guò)以上三種方式,可以創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的線程池。

但是有弊端:

newSingleThreadExecutor和newFixedThreadPool,運(yùn)行的請(qǐng)求隊(duì)列是長(zhǎng)度為Integer.MAX_VALUE,可能會(huì)堆積大量的請(qǐng)求,從而造成oom。

而newCachedThreadPool允許的線程數(shù)量為最大值Integer.MAX_VALUE,也會(huì)造成oom。

2.通過(guò)ThreadPoolExecutor創(chuàng)建線程池

下面是OkHttp中Dispatcher.java線程池:

 ExecutorService executorService;
 public synchronized ExecutorService executorService() {
    if (executorService == null) {
         executorService = new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60, TimeUnit.SECONDS,
          new SynchronousQueue<Runnable>(), Util.threadFactory("OkHttp Dispatcher", false));
    }
    return executorService;
 }

OkHttp中ConnectionPool.java

 private static final Executor executor = new ThreadPoolExecutor(0 ,
       Integer.MAX_VALUE , 60L , TimeUnit.SECONDS,
       new SynchronousQueue<Runnable>(), Util.threadFactory("OkHttp ConnectionPool", true));

使用方式:

//call 實(shí)現(xiàn) Runnable 接口。調(diào)用execute方法即可將入線程池,執(zhí)行run方法中的代碼。
executorService().execute(call);

3.ThreadPoolExecutor各個(gè)參數(shù)的含義

corePoolSize:核心線程數(shù),即使是空閑線程也不會(huì)銷毀。這樣做的目的是為了降低執(zhí)行任務(wù)時(shí)創(chuàng)建線程的時(shí)間和性能開(kāi)銷。
maximumPoolSize:最大線程數(shù)。當(dāng)核心線程被用完時(shí),會(huì)創(chuàng)建新的線程來(lái)執(zhí)行任務(wù),但是創(chuàng)建的數(shù)量不能超過(guò)這個(gè)最大值。
keepAliveTime:線程的存活時(shí)間。除核心線程外,其他線程一旦執(zhí)行完任務(wù),就會(huì)處于空閑狀態(tài),超過(guò)這個(gè)時(shí)間就會(huì)被銷毀。
unit:keepAliveTime設(shè)置的時(shí)間單位。
workQueue:任務(wù)的阻塞隊(duì)列。線程數(shù)量有限,當(dāng)任務(wù)過(guò)多來(lái)不及執(zhí)行時(shí),就會(huì)加入到這個(gè)阻塞隊(duì)列中,等到有空閑進(jìn)程,
           就會(huì)從這個(gè)隊(duì)列取出任務(wù)去執(zhí)行。隊(duì)列都是先進(jìn)先出的FIFO。
threadFactory:新線程產(chǎn)生的方式。
handler:拒絕策略,超過(guò)任務(wù)隊(duì)列設(shè)置的最大值時(shí)。再有新的任務(wù)進(jìn)來(lái),就會(huì)執(zhí)行這個(gè)拒絕策略。

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
}

線程池的阻塞隊(duì)列:

ArrayBlockingQueue:
    是基于數(shù)組的任務(wù)隊(duì)列。里面用一個(gè)數(shù)組來(lái)存放任務(wù)。當(dāng)我們new的時(shí)候,需要指定數(shù)組大小。
    還有兩個(gè)int變量putIndex和takeIndex用來(lái)表示隊(duì)列的頭部和尾部在數(shù)組中的位置。
LinkedBlockingQueue:
    是基于鏈表的,內(nèi)部用一個(gè)單向鏈表來(lái)存放任務(wù)。創(chuàng)建時(shí)可以指定大小,如果不指定則是Integer.MAX_VALUE
PriorityBlockingQueue:
   基于優(yōu)先級(jí)的阻塞隊(duì)列。
SynchronousQueue:
   一種無(wú)緩沖的等待隊(duì)列。有新任務(wù)進(jìn)來(lái)直接交給線程執(zhí)行。
   OkHttp中使用的就是這種隊(duì)列,他的最大線程數(shù)為Integer.MAX_VALUE。保證有任務(wù)進(jìn)來(lái)就能馬上執(zhí)行。

RejectedExecutionHandler拒絕策略,這是一個(gè)接口。不同的實(shí)現(xiàn)執(zhí)行不同的策略。

public interface RejectedExecutionHandler {
    void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor);
}
AbortPolicy:拒絕行為直接拋出異常 RejectedExecutionException
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
            throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() +
                                                 " rejected from " +
                                                 e.toString());
        }
DiscardPolicy:保持靜默,什么也不做。
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
        }
DiscardOldestPolicy:丟棄任務(wù)隊(duì)里中最老的任務(wù),嘗試將新任務(wù)加入隊(duì)列
 public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
            if (!e.isShutdown()) {
                e.getQueue().poll();
                e.execute(r);
            }
 }
CallerRunsPolicy:直接由提交任務(wù)這執(zhí)行這個(gè)任務(wù)。
 public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
            if (!e.isShutdown()) {
                r.run();
            }
 }
如果在創(chuàng)建線程池的時(shí)候,不知道具體的拒絕策略。那么ThreadPoolExecutor默認(rèn)的策略是AbortPolicy。
private static final RejectedExecutionHandler defaultHandler =  new AbortPolicy();

線程池可以執(zhí)行兩種類型的任務(wù):Runable和Callable

class MyRunable implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
        }
}
class MyCallable implements Callable{
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        return null;
    }
}
Runnable 沒(méi)有返回值,返回的是void,不允許拋出異常。
Callable 有返回值,返回的是Object,允許拋出異常。

4.線程池的源碼分析

線程池的狀態(tài):

//運(yùn)行狀態(tài),可以接受新任務(wù),并且處理排隊(duì)任務(wù)。
private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
//關(guān)閉狀態(tài),不再接受新任務(wù),不過(guò)仍然會(huì)處理排隊(duì)任務(wù)。
private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
//停止?fàn)顟B(tài),不再接受新任務(wù),也不處理排隊(duì)任務(wù),同時(shí)中斷處理中的任務(wù)
private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
//整理狀態(tài),當(dāng)前所有任務(wù)終止,workerCount計(jì)數(shù)為0,線程切換為TIDYING狀態(tài),并且執(zhí)行terminal()方法
private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
//終止?fàn)顟B(tài),說(shuō)明terminal()方法執(zhí)行完成。
private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

ctlof是得到新的ctl值。通過(guò)ctl可以計(jì)算線程池的狀態(tài)和數(shù)量

runStateOf 計(jì)算當(dāng)前線程池的狀態(tài)。

workerCountOf計(jì)算線程池的數(shù)量。

// ctlOf計(jì)算ctl的新值,也就是線程池狀態(tài)和線程池中線程數(shù)量。
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }
//獲取ctl的高三位,也就是線程池的狀態(tài)。
private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }
//獲取ctl的低29位,也就是線程池中的線程數(shù)。
private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }
其中runStateOf(int c)和workerCountOf(int c)的參數(shù)c就是通過(guò)ctlOf(int rs, int wc)獲得的ctl值。

向線程池中添加一個(gè)任務(wù):executorService().execute(call);

然后看看源碼中是如何執(zhí)行的,是如何添加任務(wù)的。

ctl 用來(lái)表示線程池的狀態(tài)和線程數(shù)量,
在ThreadPoolExcutor中使用32位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示線程池的狀態(tài)和線程中線程數(shù)量。
其中前3位表示線程池的狀態(tài),后29位表示線程池中的線程數(shù)。
public void execute(Runnable command) {
         int c = ctl.get();
        //如果工作線程數(shù)量小于核心線程數(shù),
        //提交的任務(wù)會(huì)通過(guò)addWorker(command, true)創(chuàng)建一個(gè)新的核心線程來(lái)執(zhí)行, 這個(gè)參數(shù)傳的是true,表示去新增核心線程。
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            if (addWorker(command, true)){
                //添加成功則return
                return;
            }
           //添加核心線程失敗則重新獲取線程池的狀態(tài)和數(shù)量
            c = ctl.get();
        }
        //進(jìn)入到下面說(shuō)明當(dāng)前工作線程大于或等于核心線程。
        //如果線程池處于運(yùn)行狀態(tài),則加入隊(duì)列
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            //如果入隊(duì)成功,則重新獲取線程池的狀態(tài)
            int recheck = ctl.get();
            //如果線程池不處于運(yùn)行狀態(tài),則從隊(duì)列中remove
            if (!isRunning(recheck) && remove(command)){
              //成功刪除,則執(zhí)行拒絕策略
              reject(command);
            }else if (workerCountOf(recheck) == 0){
             //進(jìn)入這個(gè)分支有兩種情況1.線程池處于運(yùn)行狀態(tài) 2.線程從不處于運(yùn)行狀態(tài),但是remove失敗
                則會(huì)判斷workerCountOf如果工作線程為0,則會(huì)創(chuàng)建非核心線程去執(zhí)行任務(wù)。
              addWorker為null,和false。false表示非核心線程。null說(shuō)明創(chuàng)建的線程去執(zhí)行隊(duì)列里的任務(wù)。
              addWorker(null, false);
            }
         //進(jìn)入到這個(gè)分支有兩種情況1.線程池處于非運(yùn)行狀態(tài)2.運(yùn)行狀態(tài)但是入隊(duì)失敗了。
         這時(shí)候創(chuàng)建非核心線程去執(zhí)行任務(wù)
        }else if (!addWorker(command, false)){
            如果創(chuàng)建非核心線程失敗了,則執(zhí)行拒絕策略。
           reject(command);
        }
}

通過(guò)以上源碼分析,線程池的運(yùn)行原理可以總結(jié)為一下幾點(diǎn):

1.通過(guò)execute方法提交任務(wù)時(shí),運(yùn)行線程小于corePoolSize時(shí),則會(huì)創(chuàng)建新的核心線程來(lái)執(zhí)行這個(gè)任務(wù)。

2.通過(guò)excute方法提交任務(wù)時(shí),運(yùn)行線程大于等于corePoolSize時(shí),則會(huì)加入到隊(duì)列中,等待線程調(diào)度執(zhí)行。

3.通過(guò)excuete方法提交任務(wù)時(shí),運(yùn)行線程大于等于corePoolSize時(shí),并且加入隊(duì)列失敗(隊(duì)列滿了),新提交的任務(wù)將會(huì)通過(guò)創(chuàng)建新的線程執(zhí)行。

4.通過(guò)excute方法提交任務(wù)時(shí),運(yùn)行線程大于maximumPoolSize時(shí),隊(duì)列也滿了,則會(huì)執(zhí)行拒絕策略。

5.當(dāng)線程池中的線程執(zhí)行完任務(wù)處于空閑狀態(tài)時(shí),則會(huì)嘗試從任務(wù)隊(duì)列中取頭結(jié)點(diǎn)任務(wù)執(zhí)行。

接下來(lái)看addWorker如何添加任務(wù)。

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
        retry:
        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            int rs = runStateOf(c);
 
            // 如果線程池處于非運(yùn)行狀態(tài),則不會(huì)創(chuàng)建線程。
            if (rs >= SHUTDOWN &&
                ! (rs == SHUTDOWN &&
                   firstTask == null &&
                   ! workQueue.isEmpty())){
                        return false;
                   }
            //如果線程池處于運(yùn)行狀態(tài),則直接走下面的創(chuàng)建添加邏輯。
            for (;;) {
                //獲取工作線程數(shù)量
                int wc = workerCountOf(c);
                //wc >= CAPACITY 工作線程大于最大容量
                // wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize) 如果工作線程大于了核心線程或最大線程,
                //只要這兩個(gè)條件有一個(gè)成立則return。
                if (wc >= CAPACITY ||
                    wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)){
                    return false;
                 }
                //創(chuàng)建線程數(shù)量+1,這里用到了CAS。關(guān)于CAS后面再寫文章分析。
                if (compareAndIncrementWorkerCount(c)){
                    break retry;
                 }
                 //如果CAS操作失敗,線程數(shù)量沒(méi)有加1,則重新獲取線程的狀態(tài)。
                c = ctl.get();  // Re-read ctl
                //判斷當(dāng)前狀態(tài)和之前狀態(tài),如果不同,說(shuō)明線程池狀態(tài)發(fā)生了變化。重新跳到retry的外層循環(huán)。
                //如果相同,則說(shuō)明線程池沒(méi)有變化,繼續(xù)進(jìn)行內(nèi)層循環(huán)。
                if (runStateOf(c) != rs){
                    continue retry;
                }
                // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
            }
        }
        //執(zhí)行到這說(shuō)明線程數(shù)量已經(jīng)完成+1,接下來(lái)進(jìn)行線程的創(chuàng)建。
        boolean workerStarted = false;
        boolean workerAdded = false;
        Worker w = null;
        try {
            //這個(gè)創(chuàng)建一個(gè)worker對(duì)象。在worker構(gòu)造方法中,會(huì)利用ThreadPoolExecutor中傳遞過(guò)了的ThreadFactory創(chuàng)建一個(gè)Thread
            //默認(rèn)是通過(guò)Executors.defaultThreadFactory(),創(chuàng)建一個(gè)線程。
            w = new Worker(firstTask);
            final Thread t = w.thread;
            if (t != null) {
                //拿到一個(gè)重入鎖對(duì)象。
                final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
                mainLock.lock();
                try {
                    //拿到線程池的狀態(tài)
                    int rs = runStateOf(ctl.get());
                    //如果線程池處于運(yùn)行狀態(tài)或者處于關(guān)閉狀態(tài)并且firstTask == null
                    if (rs < SHUTDOWN ||
                        (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                        if (t.isAlive()) {
                            throw new IllegalThreadStateException();
                        }
                        //添加到work集合
                        workers.add(w);
                        int s = workers.size();
                        if (s > largestPoolSize){ //更新一下最大線程數(shù)
                            largestPoolSize = s;
                        }
                        //標(biāo)志位,添加成功
                        workerAdded = true;
                    }
                } finally {
                    mainLock.unlock();
                }
                if (workerAdded) {
                    //添加成功則啟動(dòng)線程
                    t.start();
                    //啟動(dòng)成功
                    workerStarted = true;
                }
            }
        } finally {
            //如果沒(méi)有啟動(dòng)成功則從線程池中移除。
            if (! workerStarted){
                addWorkerFailed(w);
            }
        }
        return workerStarted;
    }

關(guān)鍵代碼看看 w = new Worker(firstTask);做了啥

 Worker(Runnable firstTask) {
        setState(-1);
        //將傳進(jìn)來(lái)的任務(wù)賦值給成員變量
        this.firstTask = firstTask;
        //創(chuàng)建一個(gè)線程,并把Worker本身當(dāng)做Runnable傳進(jìn)了Thread中去。
        this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
 }
 public interface ThreadFactory {
     Thread newThread(Runnable r);
 }

注意newThread(this)。Worker把自己當(dāng)做Runnable傳到了線程中去。當(dāng)調(diào)用t.start()方法時(shí)會(huì)調(diào)用Worker的run方法。

public void run() {
    runWorker(this);
}
final void runWorker(Worker w) {
    Thread wt = Thread.currentThread();
    Runnable task = w.firstTask;
    w.firstTask = null;
    w.unlock(); // allow interrupts
    boolean completedAbruptly = true;
    try {
        //如果task不為null,則先執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)
        //如果task傳進(jìn)來(lái)是null則從隊(duì)列中取任務(wù),執(zhí)行隊(duì)列里的任務(wù)。
        //getTask()就是從任務(wù)隊(duì)列中提取在等待的隊(duì)伍。
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {
            w.lock();
            //(runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) 線程池處于STOP,TIDYING,TERMINATED狀態(tài)
             處于這些狀態(tài)的線程池是無(wú)法執(zhí)行任務(wù)的。
          if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
               (Thread.interrupted() &&
                runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
              !wt.isInterrupted()){
                 //中斷線程
                  wt.interrupt();
              }
          //執(zhí)行到下面說(shuō)明線程池處于RUNNING或SHUTDOWN狀態(tài)
          //由此也可以看出SHUTDOWN狀態(tài)的線程池,是可以執(zhí)行隊(duì)列里的任務(wù)的,但是隊(duì)列不在接收新的任務(wù)添加
            try {
                beforeExecute(wt, task);
                Throwable thrown = null;
                try {
                    //執(zhí)行任務(wù)的
                    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 {
                    afterExecute(task, thrown);
                }
            } finally {
                task = null;
                w.completedTasks++;
                w.unlock();
            }
        }
        completedAbruptly = false;
    } finally {
        processWorkerExit(w, completedAbruptly);
    }
}

getTask()從任務(wù)隊(duì)列中,提取任務(wù)。

  private Runnable getTask() {
   boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
      try {
            //從任務(wù)隊(duì)列中取出任務(wù)
             Runnable r = timed ?
             workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
             workQueue.take();
         if (r != null)
             return r;
         timedOut = true;
     } catch (InterruptedException retry) {
         timedOut = false;
     }
  }

通過(guò)以上源碼分析,可以總結(jié)一下幾點(diǎn)。

addWorker(Runnable firstTask, boolean core)

1.如果firstTask為null,則會(huì)創(chuàng)建線程去執(zhí)行隊(duì)列里的任務(wù)。

2.如果不為null,則會(huì)去執(zhí)行當(dāng)前任務(wù),然后再執(zhí)行隊(duì)列里的任務(wù)。

3.core 如果為true,則會(huì)創(chuàng)建核心線程,如果為false,則會(huì)創(chuàng)建非核心線程。

4.addWorker 會(huì)創(chuàng)建線程,啟動(dòng)線程,執(zhí)行任務(wù)。

在創(chuàng)建線程之前會(huì)判斷線程池的狀態(tài)、以及核心線程或最大線程數(shù)。

如果創(chuàng)建成功啟動(dòng)線程的start方法,然后調(diào)用worker的runWorker()方法。

到此這篇關(guān)于Java線程池ThreadPoolExecutor源碼深入分析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java ThreadPoolExecutor內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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