Java Review - 线程池使用FutureTask的小坑

Posted 2021-12-15 小小工匠

文章目录

• 概述
• 问题复现
• 源码分析
• 解决办法
• 小结

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概述

先说结论

线程池使用FutureTask时如果把拒绝策略设置为 DiscardPolicy和 DiscardOldestPolicy，并且在被拒绝的任务的Future对象上调用了无参get方法，那么调用线程会一直被阻塞。

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问题复现

 
import java.util.concurrent.*;

/**
 * @author 小工匠
 * @version 1.0
 * @description: TODO
 * @date 2021/11/21 0:11
 * @mark: show me the code , change the world
 */
public class FutureTest 


    //  1 线程池单个线程，队列大小为1  - 初始化线程池
    private final static ThreadPoolExecutor tpe = new ThreadPoolExecutor(1, 1, 1, TimeUnit.MINUTES,
            new ArrayBlockingQueue<Runnable>(1),
            new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());


    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException 

        // 2 添加你任务1
        Future futureOne = tpe.submit(() -> 
            System.out.println("开始处理业务1");
            try 
                Thread.sleep(2000);
             catch (InterruptedException e) 
                e.printStackTrace();
            
            System.out.println("业务1执行结束");
            return "Result1";
        );

        // 3 添加你任务2
        Future futureTwo = tpe.submit(() -> 
            System.out.println("开始处理业务2");
            System.out.println("业务2执行结束");
            return "Result2";
        );

        // 4  添加任务3
        Future futureThree = null;
        try 
            futureThree = tpe.submit(() -> System.out.println("开始处理业务3"));
         catch (Exception e) 
            System.out.print(e.getLocalizedMessage());
        




        // 5 等待任务1执行完毕
        System.out.println("任务1返回结果： " + futureOne.get());
        // 6 等待任务2执行完毕
        System.out.println("任务2返回结果：  " + futureTwo.get());
        // 7 等待任务3执行完毕
        System.out.println("任务3返回结果：  " + futureThree==null?null:futureThree.get());



        //关闭线程池,阻塞知道所有任务执行完毕
        tpe.shutdown();

    

 

输出

让我们来分析下

• 代码（1）创建了一个单线程和一个队列元素个数为1的线程池，并且把拒绝策略设置为 DiscardPolicy。

• 代码（2）向线程池提交了一个异步任务one，并且这个任务会由唯一的线程来执行，任务在打印【开始处理业务1】 后会阻塞该线程2s。

• 代码（3）向线程池提交了一个异步任务two，这时候会把任务two放入阻塞队列。

• 代码（4）向线程池提交任务three，由于队列已满所以触发拒绝策略丢弃任务three。

• 从执行结果看，在任务one阻塞的5s内，主线程执行到了代码（5）并等待任务one执行完毕，当任务one执行完毕后代码（5）返回，主线程打印出【任务1 null】。任务one执行完成后线程池的唯一线程会去队列里面取出任务two并执行，所以输出【开始处理业务2】，然后代码（6）返回，这时候主线程输出【任务2 null】。然后执行代码（7）等待任务three执行完毕。

• 从执行结果看，代码（7）会一直阻塞而不会返回，至此问题产生。如果把拒绝策略修改为DiscardOldestPolicy，也会存在有一个任务的get方法一直阻塞，只是现在是任务two被阻塞。

• 但是如果把拒绝策略设置为默认的AbortPolicy则会正常返回，并且会输出如下结果

开始处理业务1
Task java.util.concurrent.FutureTask@27bc2616 rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@3941a79c[Running, pool size = 1, active threads = 1, queued tasks = 1, completed tasks = 0]业务1执行结束
任务1返回结果： Result1
开始处理业务2
业务2执行结束
任务2返回结果：  Result2
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
	at com.artisan.bfzm.chapter11.FutureTest.main(FutureTest.java:58)

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源码分析

要分析这个问题，需要看线程池的submit方法都做了什么，submit方法的代码如下

    /**
     * @throws RejectedExecutionException @inheritDoc
     * @throws NullPointerException       @inheritDoc
     */
    public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) 
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        // 1 装饰Runnable对象为Future对象
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
        execute(ftask);
        // 6 返回Future对象
        return ftask;
    

看下 execute方法

   /**
     * Executes the given task sometime in the future.  The task
     * may execute in a new thread or in an existing pooled thread.
     *
     * If the task cannot be submitted for execution, either because this
     * executor has been shutdown or because its capacity has been reached,
     * the task is handled by the current @code RejectedExecutionHandler.
     *
     * @param command the task to execute
     * @throws RejectedExecutionException at discretion of
     *         @code RejectedExecutionHandler, if the task
     *         cannot be accepted for execution
     * @throws NullPointerException if @code command is null
     */
    public void execute(Runnable command) 
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        /*
         * Proceed in 3 steps:
         *
         * 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to
         * start a new thread with the given command as its first
         * task.  The call to addWorker atomically checks runState and
         * workerCount, and so prevents false alarms that would add
         * threads when it shouldn't, by returning false.
         *
         * 2. If a task can be successfully queued, then we still need
         * to double-check whether we should have added a thread
         * (because existing ones died since last checking) or that
         * the pool shut down since entry into this method. So we
         * recheck state and if necessary roll back the enqueuing if
         * stopped, or start a new thread if there are none.
         *
         * 3. If we cannot queue task, then we try to add a new
         * thread.  If it fails, we know we are shut down or saturated
         * and so reject the task.
         */	

		// 2 如果线程个数小于核心线程数量，则新增线程处理
        int c = ctl.get();
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) 
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        
        // 3. 如果线程都在工作且当前线程个数已经达到核心线程数，就把任务放入队列
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) 
            int recheck = ctl.get();
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                addWorker(null, false);
        
        // 4 尝试新增处理线程
        else if (!addWorker(command, false))
            // 5 新增失败则触发拒绝策略
            reject(command);
    

• 代码（1）装饰Runnable为FutureTask对象，然后调用线程池的execute方法。

• 代码（2）判断如果线程个数小于核心线程数则新增处理线程。

• 代码（3）判断如果当前线程个数已经达到核心线程数则将任务放入队列 。

• 代码（4）尝试新增处理线程。失败则执行代码（5），否则直接使用新线程处理。

• 代码（5）执行具体拒绝策略，从这里也可以看出，使用业务线程执行拒绝策略。

所以要找到上面例子中问题所在，只需要看代码（5）对被拒绝任务的影响，这里先看下拒绝策略DiscardPolicy的代码。

    /**
     * A handler for rejected tasks that silently discards the
     * rejected task.
     */
    public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler 
        /**
         * Creates a @code DiscardPolicy.
         */
        public DiscardPolicy()  

        /**
         * Does nothing, which has the effect of discarding task r.
         *
         * @param r the runnable task requested to be executed
         * @param e the executor attempting to execute this task
         */
        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) 
        
    

拒绝策略的rejectedExecution方法什么都没做，代码（4）调用submit后会返回一个Future对象。

Future是有状态的，Future的状态枚举值如下

在代码（1）中使用newTaskFor方法将Runnable任务转换为FutureTask，

   protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) 
        return new FutureTask<T>(callable);
    

继续

    /**
     * Creates a @code FutureTask that will, upon running, execute the
     * given @code Callable.
     *
     * @param  callable the callable task
     * @throws NullPointerException if the callable is null
     */
    public FutureTask(Callable<V> callable) 
        if (callable == null)
            throw new NullPointerException();
        this.callable = callable;
        this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
    

而在FutureTask的构造函数里面设置的状态就是NEW。

所以使用DiscardPolicy策略提交后返回了一个状态为NEW的Future对象。

那么我们下面就需要看下当调用Future的无参get方法时Future变为什么状态才会返回，那就要看下FutureTask的get（）方法代码。

   public V get() throws InterruptedException, ExecutionException 
        int s = state;
        //当前状态值 <= COMPLETING需要等待，否则调用report返回 
        if (s <= COMPLETING)
            s = awaitDone(false, 0L);
        return report(s);
    

    /**
     * Returns result or throws exception for completed task.
     *
     * @param s completed state value
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    private V report(int s) throws ExecutionException 
        Object x = outcome;
        // 状态值为NORMAL的时候正常返回
        if (s == NORMAL)
            return (V)x;
       // 状态值大于等于CANCELLED的时候抛出异常
        if (s >= CANCELLED)
            throw new CancellationException();
        throw new ExecutionException((Throwable)x);
    

• 也就是说，当Future的状态>COMPLETING时调用get方法才会返回，而明显DiscardPolicy策略在拒绝元素时并没有设置该Future的状态，后面也没有其他机会可以设置该Future的状态，所以Future的状态一直是NEW，所以一直不会返回。

• 同理，DiscardOldestPolicy策略也存在这样的问题，最老的任务被淘汰时没有设置被淘汰任务对应Future的状态。

• 那么默认的AbortPolicy策略为啥没问题呢？其实在执行AbortPolicy策略时，代码（5）会直接抛出RejectedExecutionException异常，也就是submit方法并没有返回Future对象，这时候futureThree是null。

    /**
     * Invokes the rejected execution handler for the given command.
     * Package-protected for use by ScheduledThreadPoolExecutor.
     */
    final void reject(Runnable command) 
        handler.rejectedExecution(command, this);
    

---

解决办法

• 所以当使用Future时，尽量使用带超时时间的get方法，这样即使使用了DiscardPolicy拒绝策略也不至于一直等待，超时时间到了就会自动返回。

• 如果非要使用不带参数的get方法则可以重写DiscardPolicy的拒绝策略，在执行策略时设置该Future的状态大于COMPLETING即可。但是我们查看FutureTask提供的方法，会发现只有cancel方法是public的，并且可以设置FutureTask的状态大于COMPLETING，则重写拒绝策略的具体代码如下。

import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

/**
 * @author 小工匠
 * @version 1.0
 * @description: TODO
 * @date 2021/11/21 1:40
 * @mark: show me the code , change the world
 */
public class MyRejectedExecutionHandler implements RejectedExecutionHandler 
    @Override
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) 
            if (!executor.isShutdown())
                if (null != r && r instanceof FutureTask) 
                    ((FutureTask) r).cancel(true);
                
            
    

    

使用这个策略时，由于在cancel的任务上调用get()方法会抛出异常，所以代码（7）需要使用try-catch块捕获异常，因此将代码（7）修改为如下所示。

执行结果为

当然这相比正常情况多了一个异常捕获操作。最好的情况是，重写拒绝策略时设置FutureTask的状态为NORMAL，但是这需要重写FutureTask方法，因为FutureTask并没有提供接口让我们设置。

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小结

通过案例介绍了在线程池中使用FutureTask时，当拒绝策略为DiscardPolicy和DiscardOldestPolicy时，在被拒绝的任务的FutureTask对象上调用get()方法会导致调用线程一直阻塞，所以在日常开发中尽量使用带超时参数的get方法以避免线程一直阻塞。