1. gzyueqian
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      看工程師如何對(duì)Java 線程池框架核心代碼進(jìn)行分析的-技術(shù)學(xué)習(xí)

      更新時(shí)間: 2018-09-15 11:05:32來源: java學(xué)習(xí)瀏覽量:3540

          小編今天就給大家說說,多線程編程中,為每個(gè)任務(wù)分配一個(gè)線程是不現(xiàn)實(shí)的,線程創(chuàng)建的開銷和資源消耗都是很高的。線程池應(yīng)運(yùn)而生,成為我們管理線程的利器。Java通過Executor接口,提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的方法將任務(wù)的提交過程和執(zhí)行過程解耦開來,并用Runnable表示任務(wù)。下面,我們就來分析一下 Java 線程池框架的實(shí)現(xiàn)ThreadPoolExecutor。下面的分析基于JDK1.7
          一、生命周期
          ThreadPoolExecutor中,使用CAPACITY的高3位來表示運(yùn)行狀態(tài),分別是:
          RUNNING:接收新任務(wù),并且處理任務(wù)隊(duì)列中的任務(wù)
          SHUTDOWN:不接收新任務(wù),但是處理任務(wù)隊(duì)列的任務(wù)
          STOP:不接收新任務(wù),不處理任務(wù)隊(duì)列,同時(shí)中斷所有進(jìn)行中的任務(wù)
          TIDYING:所有任務(wù)已經(jīng)被終止,工作線程數(shù)量為 0,到達(dá)該狀態(tài)會(huì)執(zhí)行terminated()
          TERMINATED:terminated()執(zhí)行完畢
          ThreadPoolExecutor中用原子類來表示狀態(tài)位

      private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));

          二、線程池模型

          1、核心參數(shù)
          corePoolSize:小存活的工作線程數(shù)量(如果設(shè)置allowCoreThreadTimeOut,那么該值為 0)
          maximumPoolSize:的線程數(shù)量,受限于CAPACITY
          keepAliveTime:對(duì)應(yīng)線程的存活時(shí)間,時(shí)間單位由TimeUnit指定
          workQueue:工作隊(duì)列,存儲(chǔ)待執(zhí)行的任務(wù)
          RejectExecutionHandler:拒絕策略,線程池滿后會(huì)觸發(fā)
          線程池的容量:CAPACITY中的前三位用作標(biāo)志位,也就是說工作線程的容量為(2^29)-1
          2、四種模型
          CachedThreadPool:一個(gè)可緩存的線程池,如果線程池的當(dāng)前規(guī)模超過了處理需求時(shí),那么將回收空閑的線程,當(dāng)需求增加時(shí),則可以添加新的線程,線程池的規(guī)模不存在任何的限制。
          FixedThreadPool:一個(gè)固定大小的線程池,提交一個(gè)任務(wù)時(shí)就創(chuàng)建一個(gè)線程,直到達(dá)到線程池的數(shù)量,這時(shí)線程池的大小將不再變化。
          SingleThreadPool:一個(gè)單線程的線程池,它只有一個(gè)工作線程來執(zhí)行任務(wù),可以確保按照任務(wù)在隊(duì)列中的順序來串行執(zhí)行,如果這個(gè)線程異常結(jié)束將創(chuàng)建一個(gè)新的線程來執(zhí)行任務(wù)。
          ScheduledThreadPool:一個(gè)固定大小的線程池,并且以延遲或者定時(shí)的方式來執(zhí)行任務(wù),類似于Timer。

          三、執(zhí)行任務(wù) execute


          1、核心邏輯:
          (1. 當(dāng)前線程數(shù)量 < corePoolSize,直接開啟新的核心線程執(zhí)行任務(wù)addWorker(command, true)
          (2. 當(dāng)前線程數(shù)量 >= corePoolSize,且任務(wù)加入工作隊(duì)列成功
          檢查線程池當(dāng)前狀態(tài)是否處于RUNNING
          如果否,則拒絕該任務(wù)
          如果是,判斷當(dāng)前線程數(shù)量是否為 0,如果為 0,就增加一個(gè)工作線程。
          2. 開啟普通線程執(zhí)行任務(wù)addWorker(command, false),開啟失敗就拒絕該任務(wù)
          從上面的分析可以總結(jié)出線程池運(yùn)行的四個(gè)階段:
          poolSize < corePoolSize 且隊(duì)列為空,此時(shí)會(huì)新建線程來處理提交的任務(wù)
          poolSize == corePoolSize,此時(shí)提交的任務(wù)進(jìn)入工作隊(duì)列,工作線程從隊(duì)列中獲取任務(wù)執(zhí)行,此時(shí)隊(duì)列不為空且未滿。
          poolSize == corePoolSize,并且隊(duì)列已滿,此時(shí)也會(huì)新建線程來處理提交的任務(wù),但是poolSize < maxPoolSize

          poolSize == maxPoolSize,并且隊(duì)列已滿,此時(shí)會(huì)觸發(fā)拒絕策略/


          四、拒絕策略

          前面我們提到任務(wù)無法執(zhí)行會(huì)被拒絕,RejectedExecutionHandler是處理被拒絕任務(wù)的接口。下面是四種拒絕策略。
          AbortPolicy:默認(rèn)策略,終止任務(wù),拋出RejectedException
          CallerRunsPolicy:在調(diào)用者線程執(zhí)行當(dāng)前任務(wù),不拋異常
          DiscardPolicy: 拋棄策略,直接丟棄任務(wù),不拋異常
          DiscardOldersPolicy:拋棄老的任務(wù),執(zhí)行當(dāng)前任務(wù),不拋異常

          五、線程池中的 Worker

          Worker繼承了AbstractQueuedSynchronizer和Runnable,前者給Worker提供鎖的功能,后者執(zhí)行工作線程的主要方法runWorker(Worker w)(從任務(wù)隊(duì)列撈任務(wù)執(zhí)行)。Worker 引用存在workers集合里面,用mainLock守護(hù)。

      private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();
      private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();

          六、核心函數(shù) runWorker
          下面是簡化的邏輯,注意:每個(gè)工作線程的run都執(zhí)行下面的函數(shù)

      final void runWorker(Worker w) {
          Thread wt = Thread.currentThread();
          Runnable task = w.firstTask;
          w.firstTask = null;
          while (task != null || (task = getTask()) != null) {
              w.lock();
              beforeExecute(wt, task);
              task.run();
              afterExecute(task, thrown);
              w.unlock();
          }
          processWorkerExit(w, completedAbruptly);
      }

          從getTask()中獲取任務(wù)
          鎖住 worker
          執(zhí)行beforeExecute(wt, task),這是ThreadPoolExecutor提供給子類的擴(kuò)展方法
          運(yùn)行任務(wù),如果該worker有配置了任務(wù),則先執(zhí)行任務(wù)且只執(zhí)行一次。
          執(zhí)行afterExecute(task, thrown);
          解鎖 worker
          如果獲取到的任務(wù)為 null,關(guān)閉 worker
          七、獲取任務(wù) getTask
          線程池內(nèi)部的任務(wù)隊(duì)列是一個(gè)阻塞隊(duì)列,具體實(shí)現(xiàn)在構(gòu)造時(shí)傳入。

      private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;

          getTask()從任務(wù)隊(duì)列中獲取任務(wù),支持阻塞和超時(shí)等待任務(wù),四種情況會(huì)導(dǎo)致返回null,讓worker關(guān)閉。
          現(xiàn)有的線程數(shù)量超過線程數(shù)量
          線程池處于STOP狀態(tài)
          線程池處于SHUTDOWN狀態(tài)且工作隊(duì)列為空
          線程等待任務(wù)超時(shí),且線程數(shù)量超過保留線程數(shù)量
          核心邏輯:根據(jù)timed在阻塞隊(duì)列上超時(shí)等待或者阻塞等待任務(wù),等待任務(wù)超時(shí)會(huì)導(dǎo)致工作線程被關(guān)閉。

      timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
      Runnable r = timed ?
          workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
          workQueue.take();

          在以下兩種情況下等待任務(wù)會(huì)超時(shí):
          允許核心線程等待超時(shí),即allowCoreThreadTimeOut(true)
          當(dāng)前線程是普通線程,此時(shí)wc > corePoolSize
          工作隊(duì)列使用的是BlockingQueue,這里就不展開了,后面再寫一篇詳細(xì)的分析。

          八、總結(jié)
          ThreadPoolExecutor基于生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式,提交任務(wù)的操作相當(dāng)于生產(chǎn)者,執(zhí)行任務(wù)的線程相當(dāng)于消費(fèi)者。
      Executors提供了四種基于ThreadPoolExecutor構(gòu)造線程池模型的方法,除此之外,我們還可以直接繼承ThreadPoolExecutor,重寫beforeExecute和afterExecute方法來定制線程池任務(wù)執(zhí)行過程。使用有界隊(duì)列還是無界隊(duì)列需要根據(jù)具體情況考慮,工作隊(duì)列的大小和線程的數(shù)量也是需要好好考慮的。
          拒絕策略推薦使用CallerRunsPolicy,該策略不會(huì)拋棄任務(wù),也不會(huì)拋出異常,而是將任務(wù)回退到調(diào)用者線程中執(zhí)行。

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