Tomcat是如何修正JDK原生线程池bug的？

Posted 2021-09-07 JavaEdge.

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为提高处理能力和并发度，Web容器一般会把处理请求的任务放到线程池，而JDK的原生线程池先天适合CPU密集型任务，于是Tomcat改造之。

Tomcat 线程池原理

其实ThreadPoolExecutor的参数主要有如下关键点：

• 限制线程个数
  
• 限制队列长度
  

而Tomcat对这俩资源都需要限制，否则高并发下CPU、内存都有被耗尽可能。
因此Tomcat的线程池传参：

// 定制的任务队列
taskqueue = new TaskQueue(maxQueueSize);

// 定制的线程工厂
TaskThreadFactory tf = new TaskThreadFactory(namePrefix,
							                 daemon,
							                 getThreadPriority()
);

// 定制线程池
executor = new ThreadPoolExecutor(getMinSpareThreads(),
								  getMaxThreads(),
				 			      maxIdleTime, 
				 			      TimeUnit.MILLISECONDS,
				 			      taskqueue,
				 			      tf);

Tomcat对线程数也有限制，设置：

• 核心线程数（minSpareThreads）
• 最大线程池数（maxThreads）

Tomcat线程池还有自己的特色任务处理流程，通过重写execute方法实现了自己的特色任务处理逻辑：

1. 前corePoolSize个任务时，来一个任务就创建一个新线程
2. 再有任务，就把任务放入任务队列，让所有线程去抢。若队列满，就创建临时线程
3. 总线程数达到maximumPoolSize，则继续尝试把任务放入任务队列
4. 若缓冲队列也满了，插入失败，执行拒绝策略

和 JDK 线程池的区别就在step3，Tomcat在线程总数达到最大数时，不是立即执行拒绝策略，而是再尝试向任务队列添加任务，添加失败后再执行拒绝策略。

具体又是如何实现的呢？

public void execute(Runnable command, long timeout, TimeUnit unit) {
    submittedCount.incrementAndGet();
    try {
        // 调用JDK原生线程池的execute执行任务
        super.execute(command);
    } catch (RejectedExecutionException rx) {
       // 总线程数达到maximumPoolSize后，JDK原生线程池会执行默认拒绝策略
        if (super.getQueue() instanceof TaskQueue) {
            final TaskQueue queue = (TaskQueue)super.getQueue();
            try {
                // 继续尝试把任务放入任务队列
                if (!queue.force(command, timeout, unit)) {
                    submittedCount.decrementAndGet();
                    // 若缓冲队列还是满了，插入失败，执行拒绝策略。
                    throw new RejectedExecutionException("...");
                }
            } 
        }
    }
}

定制任务队列

Tomcat线程池的execute方法第一行：

submittedCount.incrementAndGet();

任务执行失败，抛异常时，将该计数器减一：

submittedCount.decrementAndGet();

Tomcat线程池使用 submittedCount 变量维护已提交到线程池，但未执行完的任务数量。

为何要维护这样一个变量呢？

Tomcat的任务队列TaskQueue扩展了JDK的LinkedBlockingQueue，Tomcat给了它一个capacity，传给父类LinkedBlockingQueue的构造器。

public class TaskQueue extends LinkedBlockingQueue<Runnable> {

  public TaskQueue(int capacity) {
      super(capacity);
  }
  ...
}

capacity参数通过Tomcat的maxQueueSize参数设置，但maxQueueSize默认值Integer.MAX_VALUE：当前线程数达到核心线程数后，再来任务的话线程池会把任务添加到任务队列，并且总会成功，就永远无机会创建新线程了。

为解决该问题，TaskQueue重写了LinkedBlockingQueue#offer，在合适时机返回false，表示任务添加失败，这时线程池就会创建新线程。

什么叫合适时机？

public class TaskQueue extends LinkedBlockingQueue<Runnable> {

  ...
   @Override
  // 线程池调用任务队列的方法时，当前线程数 ＞ core线程数
  public boolean offer(Runnable o) {

      // 若线程数已达max，则不能创建新线程，只能放入任务队列
      if (parent.getPoolSize() == parent.getMaximumPoolSize()) 
          return super.offer(o);
          
      // 至此，表明 max线程数 > 当前线程数 ＞ core线程数
      // 说明可创建新线程：
      
      // 1. 若已提交任务数 ＜ 当前线程数
      //    表明还有空闲线程，无需创建新线程
      if (parent.getSubmittedCount()<=(parent.getPoolSize())) 
          return super.offer(o);
          
      // 2. 若已提交任务数 ＞ 当前线程数
      //    线程不够用了，返回false去创建新线程
      if (parent.getPoolSize()<parent.getMaximumPoolSize()) 
          return false;
          
      // 默认情况下总是把任务放入任务队列
      return super.offer(o);
  }
  
}

所以Tomcat维护 已提交任务数 是为了在任务队列长度无限时，让线程池还能有机会创建新线程。