线程池使用

亦凉 2022-01-27 02:37 338阅读 0赞

# 1.JAVA中的ThreadPoolExecutor类 #

java.uitl.concurrent.ThreadPoolExecutor类是线程池中最核心的一个类，因此如果要透彻地了解Java中的线程池，必须先了解这个类。下面我们来看一下ThreadPoolExecutor类的具体实现源码。

在ThreadPoolExecutor类中提供了四个构造方法：

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
        .....
        public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,
        			TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue);
     
        public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,
        			TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue,
        			ThreadFactory threadFactory);
     
        public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,
        			TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,
        			RejectedExecutionHandler handler);
     
        public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,
        			TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue,
        			ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler);
        ...
    }

从上面的代码可以得知，ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService类，并提供了四个构造器，事实上，通过观察每个构造器的源码具体实现，发现前面三个构造器都是调用的第四个构造器进行的初始化工作。

## 下面解释下一下构造器中各个参数的含义： ##

*  corePoolSize: 核心池的大小，这个参数跟后面讲述的线程池的实现原理有非常大的关系。在创建了线程池后，默认情况下，线程池中并没有任何线程，而是等待有任务到来才创建线程去执行任务，除非调用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法，从这2个方法的名字就可以看出，是预创建线程的意思，即在没有任务到来之前就创建corePoolSize个线程或者一个线程。默认情况下，在创建了线程池后，线程池中的线程数为0，当有任务来之后，就会创建一个线程去执行任务，当线程池中的线程数目达到corePoolSize后，就会把到达的任务放到缓存队列当中；
 *  maximumPoolSize：线程池最大线程数，这个参数也是一个非常重要的参数，它表示在线程池中最多能创建多少个线程；
 *  keepAliveTime：表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。默认情况下，只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时，keepAliveTime才会起作用，直到线程池中的线程数不大于corePoolSize，即当线程池中的线程数大于corePoolSize时，如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime，则会终止，直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。但是如果调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法，在线程池中的线程数不大于corePoolSize时，keepAliveTime参数也会起作用，直到线程池中的线程数为0；
 *  unit：参数keepAliveTime的时间单位，有7种取值，在TimeUnit类中有7种静态属性：

TimeUnit.DAYS;               //天
    TimeUnit.HOURS;             //小时
    TimeUnit.MINUTES;           //分钟
    TimeUnit.SECONDS;           //秒
    TimeUnit.MILLISECONDS;      //毫秒
    TimeUnit.MICROSECONDS;      //微妙
    TimeUnit.NANOSECONDS;       //纳秒

*  workQueue：一个阻塞队列，用来存储等待执行的任务，这个参数的选择也很重要，会对线程池的运行过程产生重大影响，一般来说，这里的阻塞队列有以下几种选择：

ArrayBlockingQueue;
    LinkedBlockingQueue;
    SynchronousQueue;

*  ArrayBlockingQueue和PriorityBlockingQueue使用较少，一般使用LinkedBlockingQueue和Synchronous。线程池的排队策略与BlockingQueue有关。

threadFactory：线程工厂，主要用来创建线程；
    handler：表示当拒绝处理任务时的策略，有以下四种取值：
    ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。 
    ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。 
    ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）
    ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务

具体参数的配置与线程池的关系将在下一节讲述。

从上面给出的ThreadPoolExecutor类的代码可以知道，ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService，我们来看一下AbstractExecutorService的实现：

public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService {
     
         
        protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) { };
        protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) { };
        public Future<?> submit(Runnable task) {};
        public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) { };
        public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) { };
        private <T> T doInvokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                                boolean timed, long nanos)
            throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
        };
        public <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
            throws InterruptedException, ExecutionException {
        };
        public <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                               long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
        };
        public <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
            throws InterruptedException {
        };
        public <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                                             long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException {
        };
    }

AbstractExecutorService是一个抽象类，它实现了ExecutorService接口。

我们接着看ExecutorService接口的实现：

public interface ExecutorService extends Executor {
     
        void shutdown();
        boolean isShutdown();
        boolean isTerminated();
        boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException;
        <T> Future<T> submit(Callable<T> task);
        <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
        Future<?> submit(Runnable task);
        <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
            throws InterruptedException;
        <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                                      long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException;
     
        <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
            throws InterruptedException, ExecutionException;
        <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                        long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
    }

而ExecutorService又是继承了Executor接口，我们看一下Executor接口的实现：

public interface Executor {
        void execute(Runnable command);
    }

到这里，大家应该明白了ThreadPoolExecutor、AbstractExecutorService、ExecutorService和Executor几个之间的关系了。

Executor是一个顶层接口，在它里面只声明了一个方法execute(Runnable)，返回值为void，参数为Runnable类型，从字面意思可以理解，就是用来执行传进去的任务的；

然后ExecutorService接口继承了Executor接口，并声明了一些方法：submit、invokeAll、invokeAny以及shutDown等；

抽象类AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口，基本实现了ExecutorService中声明的所有方法；

然后ThreadPoolExecutor继承了类AbstractExecutorService。

图示如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXNodWFpNTI4_size_16_color_FFFFFF_t_70]

在ThreadPoolExecutor类中有几个非常重要的方法：  
　　比如：getQueue() 、getPoolSize() 、getActiveCount()、getCompletedTaskCount()等获取与线程池相关属性的方法，有兴趣的朋友可以自行查阅API。

# 2.深入剖析线程池实现原理 #

### 2.1 线程池状态 ###

在ThreadPoolExecutor中定义了一个volatile变量，另外定义了几个static final 变量表示线程池的各个状态：

volatile int runState; 	 //ruState可以取得值都在下面
    
    static final int RUNNING    = 0; // 当创建线程池后，初始时，线程池处于RUNNING状态
    
    static final int SHUTDOWN   = 1; //如果调用了SHUTDOWN（）方法，则线程池处于shutdown状态，此时线程
    								池不能接受新的任务，他会等待所有任务执行完毕
    								
    static final int STOP       = 2; //如果线程池调用了shutdownnow()方法，则线程池处于stop状态，此时线
    								程池不能接受新的任务，并且会尝试终止正在执行的任务。
    								
    static final int TERMINATED = 3; // 当线程池处于SHUTDOWN或STOP状态，并且所有工作线程已经销毁，
    								任务缓存队列已经清空或执行结束后，线程池被设置为TERMINATED状态。

### 2.2.任务的执行 ###

在了解将任务提交给线程池到任务执行完毕整个过程之前，我们先来看一下ThreadPoolExecutor类中其他的一些比较重要成员变量：

private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;     //任务缓存队列，用来存放等待执行的任务
    
    private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock(); //线程池的主要状态锁，对线程池状态
    									（比如线程池大小、runState等）的改变都要使用这个锁
    									
    private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();  //用来存放工作集
     
    private volatile long  keepAliveTime;    //线程存货时间   
    
    private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut;   //是否允许为核心线程设置存活时间
    
    private volatile int   corePoolSize;     //核心池的大小（即线程池中的线程数目大于这个参数时，
    										提交的任务会被放进任务缓存队列）
    										
    private volatile int   maximumPoolSize;   //线程池最大能容忍的线程数
     
    private volatile int   poolSize;       //线程池中当前的线程数
     
    private volatile RejectedExecutionHandler handler; //任务拒绝策略
     
    private volatile ThreadFactory threadFactory;   //线程工厂，用来创建线程
     
    private int largestPoolSize;   //用来记录线程池中曾经出现过的最大线程数
     
    private long completedTaskCount;   //用来记录已经执行完毕的任务个数

*  读源码：
 *  在ThreadPoolExecutor类中，最核心的任务提交方法是execute()方法，虽然通过submit也可以提交任务，但是实际上submit方法里面最终调用的还是execute()方法，所以我们只需要研究execute()方法的实现原理即可：

public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {
            if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {
                if (runState != RUNNING || poolSize == 0)
                    ensureQueuedTaskHandled(command);
            }
            else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))
                reject(command); // is shutdown or saturated
        }
    }

上面的代码可能看起来不是那么容易理解，下面我们一句一句解释：

首先，判断提交的任务command是否为null，若是null，则抛出空指针异常；

接着是这句，这句要好好理解一下：

if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command))

由于是或条件运算符，所以先计算前半部分的值，如果线程池中当前线程数不小于核心池大小，那么就会直接进入下面的if语句块了。

如果线程池中当前线程数小于核心池大小，则接着执行后半部分，也就是执行

addIfUnderCorePoolSize(command)

如果执行完addIfUnderCorePoolSize这个方法返回false，则继续执行下面的if语句块，否则整个方法就直接执行完毕了。

如果执行完addIfUnderCorePoolSize这个方法返回false，然后接着判断：

if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command))

如果当前线程池处于RUNNING状态，则将任务放入任务缓存队列；如果当前线程池不处于RUNNING状态或者任务放入缓存队列失败，则执行：

addIfUnderMaximumPoolSize(command)

如果执行addIfUnderMaximumPoolSize方法失败，则执行reject()方法进行任务拒绝处理。

回到前面：

if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command))

这句的执行，如果说当前线程池处于RUNNING状态且将任务放入任务缓存队列成功，则继续进行判断：

if (runState != RUNNING || poolSize == 0)

这句判断是为了防止在将此任务添加进任务缓存队列的同时其他线程突然调用shutdown或者shutdownNow方法关闭了线程池的一种应急措施。如果是这样就执行：

ensureQueuedTaskHandled(command)

进行应急处理，从名字可以看出是保证 添加到任务缓存队列中的任务得到处理。

我们接着看2个关键方法的实现：addIfUnderCorePoolSize和addIfUnderMaximumPoolSize：

private boolean addIfUnderCorePoolSize(Runnable firstTask) {
        Thread t = null;
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            if (poolSize < corePoolSize && runState == RUNNING)
                t = addThread(firstTask);        //创建线程去执行firstTask任务   
            } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        if (t == null)
            return false;
        t.start();
        return true;
    }

这个是addIfUnderCorePoolSize方法的具体实现，从名字可以看出它的意图就是当低于核心吃大小时执行的方法。下面看其具体实现，首先获取到锁，因为这地方涉及到线程池状态的变化，先通过if语句判断当前线程池中的线程数目是否小于核心池大小，有朋友也许会有疑问：前面在execute()方法中不是已经判断过了吗，只有线程池当前线程数目小于核心池大小才会执行addIfUnderCorePoolSize方法的，为何这地方还要继续判断？原因很简单，前面的判断过程中并没有加锁，因此可能在execute方法判断的时候poolSize小于corePoolSize，而判断完之后，在其他线程中又向线程池提交了任务，就可能导致poolSize不小于corePoolSize了，所以需要在这个地方继续判断。然后接着判断线程池的状态是否为RUNNING，原因也很简单，因为有可能在其他线程中调用了shutdown或者shutdownNow方法。然后就是执行:

t = addThread(firstTask);

这个方法也非常关键，传进去的参数为提交的任务，返回值为Thread类型。然后接着在下面判断t是否为空，为空则表明创建线程失败（即poolSize>=corePoolSize或者runState不等于RUNNING），否则调用t.start()方法启动线程。

我们来看一下addThread方法的实现：

private Thread addThread(Runnable firstTask) {
        Worker w = new Worker(firstTask);
        Thread t = threadFactory.newThread(w);  //创建一个线程，执行任务   
        if (t != null) {
            w.thread = t;            //将创建的线程的引用赋值为w的成员变量       
            workers.add(w);
            int nt = ++poolSize;     //当前线程数加1       
            if (nt > largestPoolSize)
                largestPoolSize = nt;
        }
        return t;
    }

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