Java线程池

Java 线程池

目录

• Java 线程池
  • ThreadPoolExecutor
    • 概览
    • Worker
    • 重要的方法
      • execute
      • Worker相关
      • 关闭线程池
  • ScheduledThreadPoolExecutor
    • run()流程
    • DelayedQueue的take()原理

重点关注几个问题：

• 线程池中线程的生命周期

  • 线程池启动后，如何初始化工作线程
  • 线程数如何变化
  • 如何管理空闲的线程
  • 提交任务给工作线程、到工作线程完成任务的过程

• 线程池内异常处理？

• 线程池的启动和关闭

ThreadPoolExecutor

概览

• 线程池解决了什么问题：

  1. 执行大量异步任务时性能比较好，通过复用线程池中的线程，来避免创建和销毁线程的开销。
  2. 提供管理和限制资源的手段，比如限制线程个数或者动态新增线程。

• 基于生产者消费者模型

• AtomicIntger类型变量ctl表示线程池状态和线程数，最高3位为是状态，低29位是线程个数。

• 消费者线程封装在内部类Worker中，使用HashSet类型的变量workers保存

Worker

• Worker类实现了Runnable和AQS，run()方法调用了ThreadPoolExecutor的runWorker方法。

  /**
  * Creates with given first task and thread from ThreadFactory.
  * @param firstTask the first task (null if none)
  */
  Worker(Runnable firstTask) {
      setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
      this.firstTask = firstTask;
      //初始化的时候会将this引用传入工厂方法
      this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
  }
  
  /** Delegates main run loop to outer runWorker. */
  public void run() {
      runWorker(this);
  }
  

重要的方法

execute

• execute(Runnable command)方法，负责提交任务到阻塞队列、并在有必要的情况下添加核心线程或者普通线程。
  • 在线程数小于核心线程数时，添加核心线程addWorder(Runnable firstTask, boolean core)；添加成功则返回。
  • 提交任务到阻塞队列、如果提交失败则新增线程、新增线程失败则执行拒绝策略
• submit()是用FutureTask封装了Runnable和Callable，然后FutureTask实现了RunnableFuture，所以能够提交给execute()方法
  • 而FutureTask会通过Executors.RunnableAdapter这个适配器类包装Runnable成为Callable，在call()方法调用run()方法，run()方法执行结束后，返回传入的result。

Worker相关

• addWorker()方法，负责增加线程数，将新的Worker添加到workers
  • 通过CAS增加线程数，直到增加成功或者检测到线程数达到最大线程数而返回false
  • 增加线程成功后，获取全局锁this.mainLock后线程安全地创建Worker实例，并且调用w.thread.start()启动Worker内部封装的线程开始执行任务。
• runWorker()方法，在循环里，获取初始任务或者通过阻塞获取任务，获取任务后在Worker内部锁的保护下执行任务。
  • 若初始任务不为null，则执行；否则，getTask()从阻塞队列中阻塞式获取任务，若返回任务为null则退出循环。
  • w.lock()在任务执行期间加锁，是为了避免在任务运行期间，其他线程调用shutdown()后正在执行任务的线程被中断（shutdown()只会中断当前被阻塞挂起的线程）

关闭线程池

• shutdown()方法，被调用后，线程池不会再接受新的任务、但是队列里面的任务还是会完成。
  • 设置线程池的状态为SHUTDOWN
  • 设置空闲线程的中断标志。
  • 设置中断标志前会尝试获取Worker的内部锁，因此不会中断正在执行任务的线程。
• tryTerminate()方法，在满足条件的情况下，设置状态为TERMINATED并唤醒阻塞在termination条件队列的全部线程
  • SHUTDOWN、无工作线程、工作队列为空
  • STOP、无工作线程
• shutdownNow()方法，线程池不会再接受新的任务，中断正在执行的任务，返回被丢弃的工作任务队列。
  • 直接设置线程池的状态为STOP
  • 中断所有线程。
  • 获取工作队列中的任务并返回。
• awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)，阻塞调用线程直到线程池状态变为TERMINATED。
  • 状态变为TERMINATED的2种方式：
    1. shutdown()方法，返回前调用tryTerminate()尝试设置状态为TERMINATED
    2. runWorker()方法，当工作线程运行结束后，会调用processWorkerExit()方法，也会调用tryTerminate()方法尝试设置状态为TERMINATED

ScheduledThreadPoolExecutor

• 可以在指定延迟时间、定时进行任务调度执行的线程池

run()流程

1. 判断是否重复执行的任务
2. 否，则直接调用run()方法。
3. 是，则：
   1. 调用FutureTask的runAndReset()方法
   2. setNextRunTime()设置任务下次运行的时间
   3. 调用reExecutePeriodic()方法，将任务重新放入——延迟工作队列。

DelayedQueue的take()原理

基于堆实现

1. 先获取锁，进入循环，然后获取堆顶的任务。
   1. 如果堆顶任务为空，则在条件队列上等待。
2. 获取任务成功，则判断任务是否到了执行时间。
   1. 如果到了，直接出队。
3. 如果时间没到，判断自己是否leader线程。
   1. 不是的话，则在条件队列上等待。
4. 是leader线程，则调用awaitNanos()超时自动唤醒。
   1. 唤醒后，将leader线程设置为空。
   2. 进入下一次循环。
5. 退出循环后，用signal()唤醒等待队列中一个等待的线程，释放锁。