线程池的使用及ThreadPoolExecutor的execute和addWorker源码分析

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了线程池的使用及ThreadPoolExecutor的execute和addWorker源码分析相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

说明:本作者是文章的原创作者,转载请注明出处:本文地址:http://www.cnblogs.com/qm-article/p/7821602.html

一、线程池的介绍

       在开发中,频繁的创建和销毁一个线程,是很耗资源的,为此找出了一个可以循环利用已经存在的线程来达到自己的目的,线程池顾名思义,也就是线程池的集合,通过线程池执行的线程任务,可以很有效的去规划线程的使用。
在java中大致有这几种线程池
      newScheduledThreadPool  创建一个定长线程池,支持定时及周期性任务执行。,可以作一个定时器使用。
      newCachedThreadPool       创建一个可缓存线程池,如果线程池长度超过需要的线程数量,可灵活回收空闲线程,若无可回收,则新建线程。
      newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池, 它只会用唯一的工作线程来执行任务,保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行,可以控制线程的执行顺序
      newFixedThreadPool          创建一个定长线程池,可控制线程最大并发数,超出的线程会在队列中等待,当创建的线程池数量为1的时候。也类似于单线程化的线程池,当为1的时候,也可控制线程的执行顺序

二、线程池的使用

1、newScheduledThreadPool 

 1    /**
 2      * 测试newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池,支持定时及周期性任务执行。
 3      * 一般可做定时器使用
 4      */
 5     public static void test_1(){
 6         //参数是线程的数量
 7         ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(2);
 8         /**
 9          * 第二个参数,是首次执行该线程的延迟时间,之后失效
10          * 第三个参数是,首次执行完之后,再过该段时间再次执行该线程,具有周期性
11          */
12         scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
13             
14             @Override
15             public void run() {
16                 System.out.println(new Date().getSeconds());
17                 
18             }
19         }, 10, 3, TimeUnit.SECONDS);
20         
21     }

2、newCachedThreadPool       

 1     /**
 2      * newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池,
 3      * 如果线程池长度超过处理需要,可灵活回收空闲线程,若无可回收,则新建线程。
 4      */
 5     public static void test_2(){
 6         ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
 7         for (int i = 0; i < 10; i++) {  
 8                final int index = i;  
 9                try {  
10                 Thread.sleep(index * 1000);  
11                } catch (InterruptedException e) {  
12                 e.printStackTrace();  
13                }  
14             cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
15                 
16                 @Override
17                 public void run() {
18                     // TODO Auto-generated method stub
19                     System.out.println(index+":"+new Date().getSeconds());
20                 }
21             });
22         }
23     }

 

 3、newSingleThreadExecutor 

 1     /**
 2      * newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池,
 3      * 它只会用唯一的工作线程来执行任务,保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行
 4      */
 5     public static void test_4(){
 6         ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
 7         for(int i = 1; i < 11; i++){
 8             final int index = i;
 9             singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
10                 @Override
11                 public void run() {
12                     // TODO Auto-generated method stub
13                     //会按顺序打印
14                     System.out.println(index);
15                 }
16             });
17         }
18     }

4、newFixedThreadPool          

 1     /**
 2      * newFixedThreadPool 创建一个定长线程池,可控制线程最大并发数,超出的线程会在队列中等待
 3      */
 4     public static void test_3(){
 5         //当参数为1的时候,可以控制线程的执行顺序,类似join的作用
 6         ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
 7         for(int i = 0; i < 2; i++){
 8             final int index = i;
 9             fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
10                 
11                 @Override
12                 public void run() {
13                     // TODO Auto-generated method stub
14                     try {
15                         System.out.println(index);
16                     } catch (Exception e) {
17                         // TODO Auto-generated catch block
18                         e.printStackTrace();
19                     }
20                 }
21             });
22         }
23     }

三、线程池源码分析

以上四种线程都是由一个线程工具类Executors来创造的

如上图,其中newFixedThreadPool 和newCachedThreadPool 都是由threadPoolExecutor来创建的,只是参数不一致而已,
关于threadPoolExector的构造器的参数

corePoolSize 代表该线程中允许的核心线程数,要和工作的线程数量区分开来,两者不
                      等价(工作的线程数量一定不大于corePoolSize,即当超过后,会将线程
                      放入队列中),可以理解为一个ArrayList集合中,默认空间是10,但存放的
                     元素的数量 不一定是10, 在这里这个10就寓指corePoolSize ,存放元
                     素的个数是工作线程数量
maximumPoolSize 这个参数的意思就是该线程池所允许的最大线程数量
keepAliveTime 这个参数的意思就是空余线程的存活时间,注意这个值并不会对所有线程起作用,如果线程池中的线程数少于等于核心线程数 corePoolSize,那么这些线程不会因                           为空闲太长时间而被关闭,当然,也可以通过调用allowCoreThreadTimeOut方法使核心线程数内的线程也可以被回收。

unit 时间单位
workQueue 阻塞队列,在此作用就是用来存放线程。
threadFactory 线程工厂
defaultHandler 拒绝策略,即当加入线程失败,采用该handler来处理

3.1、线程池的拒绝策略

AbortPolicy
        为java线程池默认的阻塞策略,不执行此任务,而且直接抛出一个运行时异常
DiscardPolicy
        直接抛弃,任务不执行,空方法
DiscardOldestPolicy
        从队列里面抛弃head的一个任务,并再次execute 此task。
CallerRunsPolicy
        在调用execute的线程里面执行此command,会阻塞入口

在分析该类的execute方法前,先看这几个常量的值和一些方法的作用

 1    /*
 2     *  ctl的默认值为-536870912,
 3     *  作用是将该值传入workerCountOf(int c)的参数c中,
 4     *  则可以返回正在工作的线程数量
 5     *  每当有一个线程加入工作,该值会加1
 6     */
 7     private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
 8     private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;   //32-3=29
 9     private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;//536870911
10 
11     // runState is stored in the high-order bits,其中running<shutdown<stop<tidying<terminated
12     private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;// -536870912
13     private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;//0
14     private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;//536870912
15     private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;//1073741824
16     private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;//1610612736
17 
18     // Packing and unpacking ctl
19     private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }//当c<0时该方法返回的值为-536870912,否则为0
20     private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }//获取工作线程数
21     private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }//-536870912

3.2、execute

当线程为null时,直接抛出异常

第一步、看图,下图所指的将corePoolSize扩充至maxmumPoolSize是一个类比,
因为在addWorker代码中有这么一句wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))成立则返回false,表明core为false时会以maximumPoolSize来当做corePoolSize比较

 1         int c = ctl.get();
 2         if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
 3             if (addWorker(command, true))
 4                 return;
 5             c = ctl.get();
 6         }
 7         if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
 8             int recheck = ctl.get();
 9             if (! isRunning(recheck) && remove(command))
10                 reject(command);
11             else if (workerCountOf(recheck) == 0)
12                 addWorker(null, false);
13         }
14         else if (!addWorker(command, false))
15             reject(command);

3.3、addWorker

 1         private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
 2         //外部循环
 3         retry:
 4         for (;;) {
 5             int c = ctl.get();//获取当前工作线程数量,数量为{c-(-536870912)}
 6             
 7             int rs = runStateOf(c);//若c>=0时,该值才为0,否则该值一直为-536870912
 8 
 9             
10             /*
11              *由上面的一些线程池状态常量值可知,running<shutdown<stop<tidying<terminated
12              *若rs>=shutdown,则表明线程池处于stop、tidying、terminated三种状态的一种
13              *若rs>=shutdown成立,则进行后面判断,
14              *1、线程池处于shutdown状态
15              *  1.1、firstTask不为null,则返回false,也即是线程池已经处于shutdown状态,还要添加新的线程,被直接驳回(拒绝)
16              *  1.2、firstTask为null
17              *     1.2.1、此时意味着线程池状态为shutdown状态,且first为null,若阻塞队列为空,则返回false
18              *2、线程处于大于shutdown的状态,则直接返回false
19             */
20             if (rs >= SHUTDOWN &&
21                 ! (rs == SHUTDOWN &&
22                    firstTask == null &&
23                    ! workQueue.isEmpty()))
24                 return false;
25             /*
26              *进入内循环以下两种情况会跳出该内循环,否则一直会循环
27              *1、当工作线程数量超过一定阈值,会直接返回false
28              *2、添加工作线程成功,即ctl的值进行了加一
29             */
30             for (;;) {
31                 int wc = workerCountOf(c);//获取工作线程的数量
32                 //当线程数量>=536870911或者>=corePoolSize或maximumPoolSize的时候,则返回false
33                 if (wc >= CAPACITY ||
34                     wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
35                     return false;
36                 if (compareAndIncrementWorkerCount(c))//使用unsafe的cas操作对ctl.get()的值进行加一
37                     break retry;//跳出这个外循环
38                 c = ctl.get();  // Re-read ctl
39                 if (runStateOf(c) != rs)//当此时的线程池状态和之前的状态不等时
40                     continue retry;//继续内循环   
41             }
42         }
43         //若进行到了此步操作,则表明工作线程数量加了1
44         boolean workerStarted = false;
45         boolean workerAdded = false;
46         Worker w = null;
47         try {
48             w = new Worker(firstTask);
49             final Thread t = w.thread;//该w.thread为worker内部新创建的thread
50             if (t != null) {
51                 final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
52                 mainLock.lock();//开启锁
53                 try {
54                     //获取锁后,再次获取线程池的状态
55                     int rs = runStateOf(ctl.get());
56                     /*
57                      *1、当线程池的状态处于shutdown以上状态,则直接释放锁,不启动线程,且执行addWorkerFailed方法
58                          执行该方法的作用是使工作线程数量-1
59                     */
60                     if (rs < SHUTDOWN ||
61                         (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
62                         if (t.isAlive()) // 创建的线程处于活跃状态,即被启动了,抛出异常
63                             throw new IllegalThreadStateException();
64                         workers.add(w);//workers是一个set集合
65                         int s = workers.size();
66                         if (s > largestPoolSize)//largestPoolSize默认为0,作用是记录set集合中的线程数量
67                             largestPoolSize = s;
68                         workerAdded = true;//改变该值,为了启动线程,且返回一个addWorker执行成功的状态
69                     }
70                 } finally {
71                     mainLock.unlock();//释放锁
72                 }
73                 if (workerAdded) {
74                     t.start();
75                     workerStarted = true;
76                 }
77             }
78         } finally {
79             if (! workerStarted)
80                 addWorkerFailed(w);
81         }
82         return workerStarted;
83     }

总结:2017-11-12

以上是关于线程池的使用及ThreadPoolExecutor的execute和addWorker源码分析的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

ThreadPoolExecutor线程池基本原理及使用

线程池ThreadPoolExecutor分析

java线程池总结(ThreadPoolExecutor与Executors特性及使用)

Java并发多线程编程——线程池的原理与使用

Java并发编程:线程及同步的性能——线程池

线程池(ThreadPoolExecutor)源码解析