ThreadPoolExecutor源码解析

ゝ一纸荒年。 2023-01-07 14:28 190阅读 0赞

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### 文章目录 ###

*   *   *  前言
         *  1.线程池参数解析与运行原理
         *  2.ThreadPoolExecutor实例化
         *  3.位运算表示线程池状态与线程数
         *  4.提交任务任务
         *  5.执行任务
         *  6.keepalive清理的是core还是max
         *  7.shutdown
         *  8.shutdownNow

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### 前言 ###

主要是从源码的角度看看线程池是怎样添加任务，怎样运行任务的。

### 1.线程池参数解析与运行原理 ###

参数 core 线程数， max线程数，keepAlive，keepAlive单位，队列，线程工厂，拒绝策略。  
一开始的时候，会根据core线程数来创建线程，如果线程池里面的线程已经达到了core 线程数  
这个时候有任务就会往队列里面添加，如果队列任务也满了，就会往接着创建新的线程来执行，线程池里面线程最多不能超过 max线程数线程数，如果超过，就将任务交给拒绝策略来处理，默认的拒绝策略就是抛出异常。

### 2.ThreadPoolExecutor实例化 ###

![在这里插入图片描述][20210118150541167.png]  
ThreadPoolExecutor 构造参数最少也要 core，max ，keepalive，单位，队列。  
关于线程工厂，拒绝策略这玩意，你不指定的话，ThreadPoolExecutor 也会有默认的能用，线程工厂默认的没啥好说的，拒绝策略的就是AbortPolicy，就是直接抛出异常。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1YW5zaGFuZ3NoZW5naHVv_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
这里没啥好说的，就是一堆赋值，唯一要说的是core线程数可以是0的。

### 3.位运算表示线程池状态与线程数 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1YW5zaGFuZ3NoZW5naHVv_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
这一大堆就是关于线程池状态与线程数的，以及相应的获取方法，比较方法等等。  
高3为表示的是线程池的状态，低29位表示的是当前线程数  
关于这几个状态对应的二进制，位运算，可以看下这篇文章  
参考文章：[连接][Link 1]

这里解释下下面的几个方法：

1.  runStateOf 获取当前状态的
2.  workerCountOf 获取当前线程数
3.  ctlOf 创建一个 ctl，里面包含了 线程池状态+ 线程数
4.  runStateLessThan 状态比较，这个的大小看状态对应的数字大小就可以了。
5.  runStateAtLeast 与4同理，不过这个是大于等于
6.  isRunning 判断是不是running状态。  
    其实这些东西不用太纠结。

### 4.提交任务任务 ###

这里直接看下这个execute 方法代码  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1YW5zaGFuZ3NoZW5naHVv_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
就是分为3步，从上面的注释中也能得到。  
先是判断下当前线程数是否大于core线程数，如果不大于的话执行`addWorker(command, true)`，需要注意后面参数是true。  
如果是当前线程数大于了core线程数，就会往workQueue 队列中添加任务，添加完成后，再次检查下这个线程池的运行状态，如果不是runing状态了就会从队列中移除掉，然后拒绝掉，如果线程数是0的话，就会执行`addWorker(null, false)`，这里是为啥呢？因为线程池支持core线程数是0 ，这个时候往里面添加，都添加到了队列中，然后没有对应的线程来执行任务，岂不是很尴尬，这个时候，就会调用addWorker 添加worker，先执行着任务。  
如果队列也满了，没有添加进去的话，就会执行`addWorker(command, false)`方法来添加，如果失败的就拒绝。  
接下来看看addWorker方法的执行（由于太长我们分成2部分）  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1YW5zaGFuZ3NoZW5naHVv_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
这块核心逻辑就是判断线程数有没有超，没有超的话就是先增加线程数的计数。  
compareAndIncrementWorkerCount方法：

private boolean compareAndIncrementWorkerCount(int expect) { 
            return ctl.compareAndSet(expect, expect + 1);
    }

如果线程数计数增加成功的话，就会执行后续创建worker的逻辑  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1YW5zaGFuZ3NoZW5naHVv_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
这个worker 其实就是个Runnable，然后里面维护了一个thread对象，在创建worker实例的时候会将thread的实例化，接着就是将worker 添加到workers这个缓存中，workers是个HashSet，最后是如果添加成功的话，就会启动线程。

### 5.执行任务 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1YW5zaGFuZ3NoZW5naHVv_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
执行原理其实很简单，就是先讲每个worker里面自己的那个firstTask执行完成，接着就不断的从我们配置的那个队列中获取任务执行。

在实例化Worker的时候，对应的创建了一个线程，然后将Worker 作为Runnable传了进去  
![在这里插入图片描述][20210118111317978.png]  
这里我们只需要看下Worker 的run方法就可以了  
![在这里插入图片描述][20210118111342458.png]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1YW5zaGFuZ3NoZW5naHVv_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
在这个runWorker 方法中可以看到有个while循环，只要是个task不是null就会执行里面的逻辑，这个task首先是创建worker的时候被添加进去的firstTask，执行完这个firstTask就会通过getTask方法从队列中获取任务。  
我们看下while里面的处理逻辑，一开始有个判断，这个判断线程池状态的，然后中断线程的，这个先不用管，重要的是在try代码块中的代码，先是执行beforeExecute 方法，这个方法在ThreadPoolExecutor 是空的，子类可以重写，还有后面的afterExecute 方法也是一样，可以理解为任务执行前执行后的钩子，最最最重要的就是task.run() ，这行就是执行用户的任务，看一下异常的处理，全部都抛出来了，执行完成后，接着就是将task重置为null，然后进行下次循环。

接着我们看下getTask方法，看看是怎样获取任务的。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1YW5zaGFuZ3NoZW5naHVv_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]  
可以看到也是有个死循环不断从队列中获取，我们重点关注下

Runnable r = timed ?workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :workQueue.take();

可以看到从workQueue中获取任务，这个workQueue 就是我们自己定义的那个队列。  
关于timed 这块的东西我们接下来章节会有介绍，这块涉及到线程空闲清理的情况。

### 6.keepalive清理的是core还是max ###

这里我们接着看getTask方法里面的逻辑，看下 `boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;`这行意思，allowCoreThreadTimeOut 这个默认是false，也就是说允许core线程数超时；  
wc > corePoolSize， 当前的线程数大于了core线程数，也就是说只要满足（allowCoreThreadTimeOut=true或者当前线程数大于core线程数）任意一个条件timed 就是true。

Runnable r = timed ?workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :workQueue.take();
    if (r != null)
        return r;
    timedOut = true;

咱们这里假设当前线程数是大于core线程数的，这个时候timed =true，然后从获取队列中的任务就是走`workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS)` ，keepAliveTime 参数就派上用场了，堵塞keepAliveTime 时间，获取不到就返回null，如果获取到了就直接return返回了，获取不到接着往下执行`timedOut = true;` ，这个时候这次循环执行完了，下次循环开始也是先执行 `boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;`比如说现在线程数还是大于core核心线程数（没如果没有其他线程被剔除的情况下）接着执行

if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
        && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) { 
        if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
            return null;
        continue;
    }

判断如果是 （现在线程数大于max线程数，这个条件是不可能存在的或者是有timeout的 ） && （线程数大于1 或者是 队列是空的）  
这个时候才会尝试减少线程数，compareAndDecrementWorkerCount 这个方法只是减少计数器里面的数值，然后return null。  
return null之后，在runWorker 方法中就会逃离while 循环，最后就会执行 processWorkerExit(w, completedAbruptly); 方法将这个worker从workers 中移除掉，线程执行完成，就会被GC回收掉。  
可以看出这个keepalive 参数默认是给max 线程数设置的，所以清理空闲线程也是清理这个max 线程，一直清理到有任务或者是减少到core线程数的数量。

### 7.shutdown ###

public void shutdown() { 
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try { 
            checkShutdownAccess();
            advanceRunState(SHUTDOWN);
            interruptIdleWorkers();
            onShutdown(); // hook for ScheduledThreadPoolExecutor
        } finally { 
            mainLock.unlock();
        }
        tryTerminate();
    }

checkShutdownAccess();这个方法不用关心  
advanceRunState(SHUTDOWN);主要就是将线程池状态变成SHUTDOWN  
interruptIdleWorkers();这个是尝试中断掉空闲的worker，我们看看这个方法。  
onShutdown(); 这个方法是给子类用的。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1YW5zaGFuZ3NoZW5naHVv_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]  
这里其实就是遍历所有的worker，然后尝试获取锁，如果是线程没有中断而且获取锁成功，就执行中断。  
我们看下执行完shutdown方法后，线程池里面线程执行任务是怎样变化的。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1YW5zaGFuZ3NoZW5naHVv_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]  
再次将runWorker执行任务的方法拿出来分析下，先看下这个lock，如果当前线程正在执行任务的话，也就是说在while循环体内，shutdown遍历的时候就不会获取锁，也就不会中断。如果是在getTask那堵塞住了，因为core默认是没有超时的，一直等着获取队列里面的任务，这个时候会被shutdown遍历workers的时候获取到锁，从而执行中断（其实就是设置个中断标志，如果线程正在等待的话，抛出中断异常），其实这种情况可以想想，队列里面没任务了，线程自己拿到的任务也执行完事了，shutdown正好把线程中断了就可以了。

在分析一下 while循环里面那一坨if

if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||(Thread.interrupted() &&runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                        !wt.isInterrupted())
                        wt.interrupt();

（如果线程池状态是STOP TIDYING TERMINATED 或者（是当前线程是中断并且线程池状态是STOP TIDYING TERMINATED））并且当前线程不是中断，就中断当前线程。  
说白了就是线程池状态是STOP TIDYING TERMINATED 的就中断当前线程。

在看下shutdown对添加任务的影响  
不是running状态就不能将任务添加到队列中，然后addWorker 这个方法中有这么一段代码

if (rs >= SHUTDOWN &&
                    ! (rs == SHUTDOWN &&
                       firstTask == null &&
                       ! workQueue.isEmpty()))
                    return false;

这行SHUTDOWN 状态绝对会返回false的，也就是没法再创建worker了，相当于没法添加任务。

**总而言之，SHUTDOWN状态不能继续提交添加任务，已经有的任务还是可以执行完成的。**

### 8.shutdownNow ###

public List<Runnable> shutdownNow() { 
        List<Runnable> tasks;
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try { 
            checkShutdownAccess();
            advanceRunState(STOP);
            interruptWorkers();
            tasks = drainQueue();
        } finally { 
            mainLock.unlock();
        }
        tryTerminate();
        return tasks;
    }

advanceRunState(STOP);将状态改变成STOP  
interruptWorkers()中断所有线程，不过已经拿到任务的线程还是可以执行完成的。

private void interruptWorkers() { 
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try { 
            for (Worker w : workers)
                w.interruptIfStarted();
        } finally { 
            mainLock.unlock();
        }
    }

drainQueue()清空队列。  
添加任务肯定也是添加不上的，队列里面的任务也没法继续执行，而是取出来返回给用户自己执行。

[20210118150541167.png]: /images/20221119/545d72681f3e414c9ba8dd0e891b0ab8.png
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[Link 1]: https://www.cnblogs.com/henuzyy/p/10228978.html
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