多线程——Java线程池原理深入

Posted 2022-11-30 小兀哥

      上次我们简单了解了一下什么是线程池以及Java中几种类型的线程池，今天我们来深入剖析一下线程池的原理。

1、构造

      1. 线程池管理器（ThreadPoolManager）：用于创建并管理线程池

      2. 工作线程（WorkThread）: 线程池中线程

      3. 任务接口（Task）:每个任务必须实现的接口，以供工作线程调度任务的执行。

      4. 任务队列:用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。

注：线程池管理器至少有下列功能：创建线程池，销毁线程池，添加新任务

2、线程状态

       新建状态（New）：新创建了一个线程对象。
      就绪状态（Runnable）：线程对象创建后，其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，变得可运行，等待获取CPU的使用权。
      运行状态（Running）：就绪状态的线程获取了CPU，执行程序代码。
      阻塞状态（Blocked）：阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种：
      （一）、等待阻塞：运行的线程执行wait()方法，JVM会把该线程放入等待池中。
      （二）、同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池中。
      （三）、其他阻塞：运行的线程执行sleep()或join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。
      死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

3、执行流程

      a.一个任务提交，如果线程池大小没达到corePoolSize，则每次都启动一个worker也就是一个线程来立即执行
      b.如果来不及执行，则把多余的线程放到workQueue，等待已启动的worker来循环执行
      c.如果队列workQueue都放满了还没有执行，则在maximumPoolSize下面启动新的worker来循环执行workQueue
      d.如果启动到maximumPoolSize还有任务进来，线程池已达到满负载，此时就执行任务拒绝RejectedExecutionHandler

// 流程就是：没达到corePoolSize，创建worker执行，达到corePoolSize加入workQueue
//           workQueue满了且在maximumPoolSize下，创建新worker，达到maximumPoolSize，执行reject
public void execute(Runnable command) 
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();

    // 1：poolSize达到corePoolSize，执行3把任务加入workQueue
    // 2：poolSize没达到，执行addIfUnderCorePoolSize()在corePoolSize内创建新worker立即执行任务
    //    如果达到corePoolSize，则同上执行3
    if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) 
        // 3:workQueue满了，执行5
        if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) 
            if (runState != RUNNING || poolSize == 0) 
                // 4:如果线程池关闭，执行拒绝策略
                //   如果poolSize==0，新启动一个线程执行队列内任务
                ensureQueuedTaskHandled(command);
            
            // 5:在maximumPoolSize内创建新worker立即执行任务
            //   如果达到maximumPoolSize，执行6拒绝策略
         else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))
            // 6:拒绝策略
            reject(command); // is shutdown or saturated
    

4、线程销毁

      keepAliveTime：代表的就是线程空闲后多久后销毁，线程的销毁是通过worker的getTask()来实现的。
      一般来说，Worker会循环获取getTask()，如果getTask()返回null则工作线程worker终结，那我们再看看什么时候getTask()返回null

Runnable getTask() 
    for (;;) 
        try 
            int state = runState;
            if (state > SHUTDOWN)
                return null;
            Runnable r;
            if (state == SHUTDOWN)  // Help drain queue
                r = workQueue.poll();
            else if (poolSize > corePoolSize || allowCoreThreadTimeOut)
                // 在poolSize大于corePoolSize或允许核心线程超时时
                // 阻塞超时获取有可能获取到null，此时worker线程销毁
                r = workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS);
            else
                r = workQueue.take();
            if (r != null)
                return r;
            // 这里是是否运行worker线程销毁的判断
            if (workerCanExit()) 
                if (runState >= SHUTDOWN)
                    // STOP或TERMINATED状态，终止空闲worker
                    interruptIdleWorkers();
                return null; // 这里返回null，代表工作线程worker销毁
            
            // 其他：retry，继续循环
         catch (InterruptedException ie) 
            // On interruption, re-check runState
        
    

5、线程池关闭

      平缓关闭 shutdown：这个方法会将runState置为SHUTDOWN，会终止所有空闲的线程，同时不再接受新的任务，而仍在工作的线程不受影响，所以队列中的任务人会被执行
      立即关闭 shutdownNow：此方法将runState置为STOP，和shutdown方法的区别是，这个方法会终止所有的线程（取消所有正在执行和未执行的任务），所以队列中的任务也不会被执行了。

总结：

      通过这次学习，我们不仅知道了线程池是如何管理线程，而且还了解了线程多种状态之间的转换，这样更加便于我们对线程池的理解。之后，我们还将继续学习关于多线程的知识，让我们每天都有成长。