quartz框架(六)-ThreadPool

ThreadPool

本篇博文，博主将介绍Quartz框架中ThreadPool线程池相关的内容。线程池顾名思义，就是一个可以帮助我们来进行线程资源管理的对象。在web开发中，常见的就有数据库连接池，http连接池，redis连接池等。在看这篇文章之前，读者需要先具备一定的多线程和锁的知识，如使用wait和notify方法，实现生产者和消费者功能。

为什么要用线程池？

1. 线程池可以复用线程，减少线程的创建和销毁次数。
2. 可以提高程序的响应速度。
3. 可以对线程资源进行统一管理，比如监控。
4. ...

接口定义

quartz框架中的ThreadPool接口定义如下，博主在相应的接口方法上进行了注释。

public interface ThreadPool {

    //将runnable接口放入到Thread中执行
    boolean runInThread(Runnable runnable);
   
   //阻塞获取可用线程数
    int blockForAvailableThreads();
   
   //线程初始化方法
    void initialize() throws SchedulerConfigException;
   
   //关闭线程
    void shutdown(boolean waitForJobsToComplete);
    
	//获取线程池大小
    int getPoolSize();
   
   //设置实例id
    void setInstanceId(String schedInstId);
    
	//设置实例名称
    void setInstanceName(String schedName);
}

WorkThread

在介绍SimpleThreadPool之前，博主先讲解一下WorkThread。WorkThread继承了Thread类，因此它是一个可以被运行的线程。它会阻塞式的接收线程池分配的任务，然后执行对应的任务。

工作者线程属性

1. lock，任务执行锁。
2. tp，工作者线程所在的线程池。
3. runnable，可以运行的任务。
4. runOnce，是否只执行一次。通过构造函数传runnable实例，此时runOnce为true。
5. run，是否需要循环执行。

Runnable的run方法

工作者线程启动之后，在一个while循环里面执行业务逻辑。while循环的退出条件是线程是否关闭(run == false)。先去获取任务锁(lock对象)，如果没有关闭且当前runnale方法为空，说明此时没有需要执行的任务。线程会在这里等待500毫秒(wait 500)。当有任务投递给当前线程时，才会唤醒工作者线程，继续执行当前方法。

如果任务不为空的话，执行runnable接口。执行完之后获取lock锁，防止并发冲突。获取到锁之后，设置runnable接口为null。如果只是只执行一次的任务，通过持有的threadPool引用，去获取下一次任务允许的锁，获取到下一次任务允许的锁之后，那么就将自己从busyWorks中移除。否则就从busyWorkers中移除，然后添加到avaliableWorkers。

自定义的run方法

内部的run(Runnable newRunnable)方法：先去获取内部对象lock的锁，获取成功后先判断内部的runnable是否为空。如果不为空的话说明该线程还是处于繁忙状态，抛出异常。如果为空的话，则设置为传递进来的newRunnable，并且唤醒所有lock等待队列中的对象（提前让这些对象结束等待，提高工作线程的响应速度）。

shutdown方法

设置内部成员变量run为false，也就是任务执行完之后不再循环等待下一个可以运行的任务，结束线程的run方法后，线程会进入terminate状态。

SimpleThreadPool

在quartz默认的配置文件中，使用的是SimpleThreadPool这个线程池，并且指定了线程池的个数为10。从源码中，我们也可以看到SimpleThreadPool是一个线程大小固定的线程池。代码如下所示：

public SimpleThreadPool(int threadCount, int threadPriority) {
        setThreadCount(threadCount);
        setThreadPriority(threadPriority);
 }

线程池属性

1. count，线程池个数
2. isShutdown，是否处于关闭状态
3. handoffPending，是否处于切换状态
4. makeThreadsDaemons，创建的线程是否为后台线程
5. threadGroup，线程组
6. nextRunnableLock，下一个可以运行的任务锁
7. workers，总共线程集合
8. availWorkers，空闲线程集合
9. busyWorkers，繁忙线程集合
10. threadNamePrefix，线程名称前缀
11. schedulerInstanceName，调度器实例名称

initialize方法

在QuartzScheduler对象进行初始化的时候，就会创建对应的线程池，并且调用对应的initialize方法。initialize方法主要就是预先创建对应个数的工作者线程，并且将它们添加到workers和availWorkers集合中，并且循环调用每个workThread的start方法。

blockForAvailableThreads方法

先获取到下一次运行的任务锁(nextRunnableLock)，防止这时候的空闲线程集合availWorkers发生变化。循环判断如果此时的availWorkers小于1，或者此时有任务进行等待分配(handoffPending为true)，并且此时线程池没有关闭(isShutdown为false)，那么就进行等待（wait 500），直到前面的条件都不满足为止才退出循环。

如果此时获取到的空闲线程数大于等于1，则说明现在可以把对应个数的任务交给线程池进行分配执行。

runInThread方法

先获取到可以允许下一个任务的锁(nextRunnableLock)，设置handoffPending为true，handoffPending表示当前有任务在等待线程池分配任务。接着阻塞判断是否存在空闲线程可以获取（一般情况下，繁忙线程执行完后会将自己添加到空闲线程集合中）或者 线程池是否将要被关闭（isShutdown为false）。

如果没有关闭线程池的情况下，直接从空闲线程集合中拿到第一个线程，并把它从空闲集合中移除。然后将这个空闲线程添加到繁忙线程集合中，接着执行workThread的投递方法(run方法)。

如果关闭线程池将要被关闭的情况下，直接new出一个线程(此时这个WorkThread的runOnce属性为true)去执行这个任务，不再等待有空闲线程去执行，这样可以减少线程池的shutdown时间。并将此线程添加到繁忙线程集合中，添加到工作者集合中。

最后通知等待下一次允许任务锁的线程，设置handoffPending为false。

shutdown

整体来说，我们关闭线程池时，一个需要停止上游线程（quartzScheduleThread）给他(thradPool)分配任务，另一个需要关闭掉工作池中现有的任务。关闭线程池的方法有一个waitForJobsToComplete的属性，waitForJobsToComplete表示线程池关闭是否需要等到运行中的任务执行完毕。

先获取nextRunnableLock，设置线程池为关闭状态(shutdown)，并循环调用workers集合中thread的shutdown方法（不让工作者线程再循环执行），然后移除availWorkers中的线程。通知阻塞在nextRunnableLock锁上的所有线程。

如果waitForJobsToComplete为true，那么会循环判断busyWorkers的元素个数是否大于0（一般情况下，繁忙集合中的线程结束任务后，会将自己从繁忙集合中移除），如果busyWorkers的元素个数大于0的，调用nextRunnableLock的阻塞方法，让其它方法有时间处理（比如如果此时有任务需要进行分配，可以让线程池把任务分配好）。最后循环调用每个workers中thread的join方法，等待thread死亡。

如果waitForJobsToComplete为false，那么会直接返回。

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