线程池原理讲解——ThreadPoolExecutor
【这是前几天的存货，留着没发表，今天又复习一遍，润化了部分内容，继续干】
说线程池前，先简单回顾一下线程的状态吧：
1、线程状态转换
线程的五种状态，及其转换关系：
2、线程创建方式
三种：两个接口一个类
两个接口：Runnable实现run(), callable实现call()
一个类：Thread实现run()
《阿里巴巴Java手册》中规定：
接下来进入正题：
3、线程池ThreadPoolExecutor实现原理
3.1、ThreadPoolExecutor中定义了几个线程池状态常量。
// runState is stored in the high-order bits private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS; private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS; private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS; private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS; private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS;
- RUNNING：是运行状态，线程池可以接收新任务；
- SHUTDOWN：是在调用shutdown()方法以后处在的状态。表示不再接收新任务，但队列中的任务可以执行完毕；
- STOP：是在调用shutdownNow()方法以后的状态。不再接收新任务，中断正在执行的任务，抛弃队列中的任务；
- TIDYING：表示所有任务都执行完毕；
- TERMINATED：为中止状态，调用terminated()方法后，尝试更新为此状态；
3.2、 构造方法
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) { }
- corePoolSize是线程池的核心线程数
- maximumPoolSize是线程池允许的最大线程数
- keepAliveTime为线程空闲时的存活时间
- unit是keepAliveTime的单位
- workQueue是用来保存等待被执行的线程的队列
- threadFactory，线程工厂，通常使用默认工厂，定义了线程名称生成规则。
- handler是当最大线程数和队列都满了以后，线程池的处理策略
3.3、Executors工厂类
JDK提供了Executors工厂类。这里面有几种实例化线程池的方法：
- CachedThreadPool()：可缓存线程池，一个任务创建一个线程，最大线程数为Integer.MAX_VALUE，所以使用时要控制好并发数量，否则创建过多的线程会占用大量资源；
- FixedThreadPool()：指定数线程池，所有任务只能使用数量固定大小的线程；
- SingleThreadExecutor()：单一数线程池，即相当于大小为1的FixedThreadPool()，可保证提交任务的顺序执行；
- ScheduleThreadPool()：周期性线程池，可固定时间执行，也可延时执行，最大线程数为Integer.MAX_VALUE，。
上述虽然很方便，但是！
但是《阿里巴巴Java手册》又说了：在开发中创建线程池时，最好不要使用Executor类中的初始化方法来创建，而是使用ThreadPoolExecutor类中的初始化来创建，这样的好处是能够让写的同学更明确线程池的运行规则，从而避免资源耗尽的风险。
而使用Executor返回的线程池对象的弊端如下：
1）FixedThreadPool 和 SingleThreadPool：允许的请求队列长度为Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而导致OOM；
2）CachedThreadPool 和ScheduleThreadPool：允许的创建线程数量为Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量的线程，从而导致OOM。
3.4、ThreadPoolExecutor执行任务的方法【最重要，也是线程池的核心原理】
public void execute(Runnable command) { if (command == null) throw new NullPointerException(); int c = ctl.get(); if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { if (addWorker(command, true)) return; c = ctl.get(); } 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); } else if (!addWorker(command, false)) reject(command); }
代码看不懂不要紧，一个例子附上来：
假如我手里有500W RMB(哈哈哈，想暴富想疯了)，俗话说“富不过三代”，心里想着不能座山吃空啊，还得好好想想经营之道来用钱生钱。
由于本人对吃的，对干饭比较感兴趣，于是乎，就准备开一个饭店。取名为“池饭的店”。我的饭店还有个特色就是一对一服务，一个厨子服务一桌顾客噢，哇好高级。
开饭店得有厨子对吧，那好，我斥“巨”资请来了5位大厨，,都烧得一手红烧肉（哈哈哈，吃肉肉也算特色）。
开业以后生意良好，但我巡逻发现好多顾客更喜欢吃辣的，为了赚更多钱，于是我又一狠心请了5位川菜大厨。
一段时间后，饭店生意越来愈好，顾客也越来越多。有厨子说得再加几个厨子才行，但是作为老板，我要赚钱啊，得控制成本（哈哈哈，资本的世界），我发现不能再招厨子了。因为光这10位常用厨子的开支都已经快占了收入的一半了。那厨子抱怨顾客多，忙不过来怎么办呢？哈哈哈，我说：“顾客多，那就让顾客排队等着，谁让你们几位大厨做的饭菜香呢（哈哈哈，霸气的同时也要拍一下大厨的马屁，得让他们舒舒服服地听我的话）”。
于是，当顾客多了后，没有空闲的厨子进行一对一服务了，多的顾客就排号等着。等哪位顾客吃完了，厨子服务空闲了，就叫下一桌。好办法，果然平时生意井然有序，厨子不慌不忙也还算可以。
但是呢？我巡逻又发现，周一到周四还可以，但是一到周末，饭店周围的大佬们都休息，但是又懒得做饭，就全部都涌来到我的饭店了，毕竟服务周到嘛。这时候有些顾客就不满意了，就抱怨人太多，等一次都要一个小时以上，不划算。于是，为了挽留住这些客源，我每到周末就从其他地方雇来10位临时厨子，过了周末再把他们辞了（不要怪我狠心，都是出来挣票票的）。这样周末就有了20位厨子，但平时周一周五还是原来10个厨子，毕竟不养闲人嘛。哈哈哈，好办法。
虽然这样有所缓解，大家周末排队的时间从1h减少为0.5h，但是有时候还是会顾客饱满，没办法啊，生意太好了，哈哈哈。那怎么办呢？我的饭店空间就这么大，不可能无限增加厨子啊，那好吧，为了不让厨子抱怨，不让厨子累着，那我只能忍痛割爱，残忍地将部分顾客拒之门外，同时赔送点小礼品，代金券。
哈哈哈，后来想了想，既然客源这么多，那为了赚更多票票，我就开分店吧，于是我带领我的员工走上了人生巅峰！
成功后，有人开始请我去讲解成功之道，我想了想，画了这个图：
哈哈哈，如果你了解了我这个开饭店的“成功之道”，那么线程池你也就理解了。如下：
好了，为了让大家更理解透彻，我给代码加上注释：
public void execute(Runnable command) { if (command == null) throw new NullPointerException(); //获取clt，clt记录着线程池状态和运行线程数。 int c = ctl.get(); //运行线程数小于核心线程数时，创建线程放入线程池中，并且运行当前任务。 if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { if (addWorker(command, true)) return; //创建线程失败，重新获取clt。 c = ctl.get(); } //线程池是运行状态并且运行线程大于核心线程数时，把任务放入队列中。 if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { int recheck = ctl.get(); //重新检查线程池不是运行状态时， //把任务移除队列，并通过拒绝策略对该任务进行处理。 if (! isRunning(recheck) && remove(command)) reject(command); //当前运行线程数为0时，创建线程加入线程池中。 else if (workerCountOf(recheck) == 0) addWorker(null, false); } //运行线程大于核心线程数时并且队列已满时， //创建线程放入线程池中，并且运行当前任务。 else if (!addWorker(command, false)) //运行线程大于最大线程数时，失败则拒绝该任务 reject(command); }
里面多次调用的addWorker()方法如下：
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) { retry: for (;;) { //获取clt，clt记录着线程池状态和运行线程数。 int c = ctl.get(); //获取线程池的运行状态。 int rs = runStateOf(c); //线程池处于关闭状态，或者当前任务为null //或者队列不为空，则直接返回失败。 if (rs >= SHUTDOWN && ! (rs == SHUTDOWN && firstTask == null && ! workQueue.isEmpty())) return false; for (;;) { //获取线程池中的线程数 int wc = workerCountOf(c); //线程数超过CAPACITY，则返回false； //这里的core是addWorker方法的第二个参数， //如果为true则根据核心线程数进行比较， //如果为false则根据最大线程数进行比较。 if (wc >= CAPACITY || wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)) return false; //尝试增加线程数，如果成功，则跳出第一个for循环 if (compareAndIncrementWorkerCount(c)) break retry; //如果增加线程数失败，则重新获取ctl c = ctl.get(); //如果当前的运行状态不等于rs，说明状态已被改变， //返回第一个for循环继续执行 if (runStateOf(c) != rs) continue retry; } } boolean workerStarted = false; boolean workerAdded = false; Worker w = null; try { //根据当前任务来创建Worker对象 w = new Worker(firstTask); final Thread t = w.thread; if (t != null) { final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; mainLock.lock(); try { //获得锁以后，重新检查线程池状态 int rs = runStateOf(ctl.get()); if (rs < SHUTDOWN || (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) { if (t.isAlive()) throw new IllegalThreadStateException(); //把刚刚创建的线程加入到线程池中 workers.add(w); int s = workers.size(); //记录线程池中出现过的最大线程数量 if (s > largestPoolSize) largestPoolSize = s; workerAdded = true; } } finally { mainLock.unlock(); } if (workerAdded) { //启动线程，开始运行任务 t.start(); workerStarted = true; } } } finally { if (! workerStarted) addWorkerFailed(w); } return workerStarted; }
各位看官，理解否？
Over.....
参考：
