java多线程核心源码解析

Myth丶恋晨 2023-10-03 15:04 3阅读 0赞

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5aKo6Imy5bGx5rC0_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16][]

在使用java的线程池的时候，我们一般都会使用ThreadPoolExecutor，ThreadPoolExecutor有多个构造函数，其中参数最多的是如下这个构造函数。

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                  int maximumPoolSize,
                                  long keepAliveTime,
                                  TimeUnit unit,
                                  BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                                  ThreadFactory threadFactory,
                                  RejectedExecutionHandler handler)

corePoolSize,核心线程数量；maximumPoolSize，最大线程数量；keepAliveTime,超过核心线程数量线程的在空闲后的存活时间；unit，存活时间的时间单位；workQueue，超过核心线程后任务存放的阻塞队列；threadFactory,常用定义线程名字的线程工厂，可以使用默认工厂；最后一个handler，是阻塞队列已满，并且线程数达到maximumPoolSize的时候的处理策略，其中包括了抛出异常（AbortPolicy）,谁请求谁调用（CallerRunsPolicy）,丢弃线程池中的一个任务来执行现在的任务（DiscardOldesPolicy）,直接丢弃掉（DiscardPolicy）默认使用抛异常策略。

下面是线程池的状态值：

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
        private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
        private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;
    
        // 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;

ctl字段的高3位用于维护线程池运行状态，低29位维护线程池中线程数量。高三位中，

RUNNING为111，SHUTDOWN为000，STOP为001，TIDYING为010，TERMINATED为100。

线程池执行的过程主要有以下特点：

1、如果线程池中的线程数量少于corePoolSize，就创建新的线程来执行新添加的任务  
2、如果线程池中的线程数量大于等于corePoolSize，但队列workQueue未满，则将新添加的任务放到workQueue中  
3、如果线程池中的线程数量大于等于corePoolSize，且队列workQueue已满，但线程池中的线程数量小于maximumPoolSize，则会创建新的线程来处理被添加的任务  
4、如果线程池中的线程数量等于了maximumPoolSize，就用RejectedExecutionHandler来执行拒绝策略

下面我们就通过源码跟踪，对上面几个特点一窥究竟。

public void execute(Runnable command) {
            if (command == null)
                throw new NullPointerException();
            //上面对属性的介绍中，我们知道，ctl就是线程池状态（高三位）和线程数量（低29位）的组合
            int c = ctl.get();
            //workerCountOf函数就是获取线程的数量
            //如果已有线程数量小于核心线程数，就调addWorker方法添加一个worker来执行任务
            if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
                if (addWorker(command, true))
                    return;
                c = ctl.get();
            }
            //代码如果运行到这里，那么就说明要么线程数大于等于核心线程数，要么addWorker失败
            //再次判断线程池是不是运行状态，如果是运行状态，则把当前任务添加到workQueue中
            if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            //如果添加任务成功，则再次获取当前的线程池状态，判断线程池是否处于运行状态，如果不处于运行状态，那么就移除该任务，并走拒绝策略；如果
                int recheck = ctl.get();
                if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                    reject(command);
                else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            //todo
                    addWorker(null, false);
            }
            else if (!addWorker(command, false))
                reject(command);
        }

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
    //入参中，firstTask是任务，第二个参数：core若是true，代表创建的是核心线程，线程池运行期间根据开关配置，可以不用消亡；若是false，则代表创建的是非核心线程，一定的时间内没有任务执行，一定就会失效。这些逻辑判断在后面Woker的代码中会介绍
            retry:
            for (;;) {
                int c = ctl.get();
                int rs = runStateOf(c);
    
                // rs >= SHUTDOWN代表的是非running状态
                if (rs >= SHUTDOWN &&
                    ! (rs == SHUTDOWN &&
                       firstTask == null &&
                       ! workQueue.isEmpty()))
                    return false;
    
                for (;;) {
                    int wc = workerCountOf(c);
                //判断当前线程数数量，core=true：大于等于最大核心线程数，或core=false：大于等于最大线程数时，是不允许新开线程的
                    if (wc >= CAPACITY ||
                        wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                        return false;
                    if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                        break retry;
                    c = ctl.get();  // Re-read ctl
                    if (runStateOf(c) != rs)
                        continue retry;
                    // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
                }
            }
    
            boolean workerStarted = false;
            boolean workerAdded = false;
            Worker w = null;
            try {
            //创建worker，把任务添加进去，worker内会通过线程工厂创建出一个thread
                w = new Worker(firstTask);
                final Thread t = w.thread;
                if (t != null) {
                // 这个是整个类的全局锁，持有这个锁才能让下面的操作“顺理成章”，
                // 因为关闭一个线程池需要这个锁，至少我持有锁的期间，线程池不会被关闭
                    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
                    mainLock.lock();
                    try {
                        // Recheck while holding lock.
                        // Back out on ThreadFactory failure or if
                        // shut down before lock acquired.
                        int rs = runStateOf(ctl.get());
                    
                        if (rs < SHUTDOWN ||
                            (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                            if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
                                throw new IllegalThreadStateException();
                            workers.add(w);
                            int s = workers.size();
                  //因为 workers 是不断增加减少的，通过这个值可以知道线程池的大小曾经达到的最大值
                            if (s > largestPoolSize)
                                largestPoolSize = s;
                            workerAdded = true;
                        }
                    } finally {
                        mainLock.unlock();
                    }
                  //添加成功的话，启动线程
                    if (workerAdded) {
                        t.start();
                        workerStarted = true;
                    }
                }
            } finally {
                if (! workerStarted)
                    addWorkerFailed(w);
            }
            return workerStarted;
        }

当worker启动的时候，就进入了Worker的run方法了。

public void run() {
                runWorker(this);
            }

final void runWorker(Worker w) {
            Thread wt = Thread.currentThread();
    //这里会从worker中获取任务，就是在addWorker方法中添加的任务，若在addWorker没有添加任务，那么这里获取到的就是null
            Runnable task = w.firstTask;
            w.firstTask = null;
            w.unlock(); // allow interrupts
            boolean completedAbruptly = true;
            try {
    //这里先看Worker本身的task是否为空，不为空就处理该任务，如果为空，则调getTask方法获取任务来执行
                while (task != null || (task = getTask()) != null) {
                    w.lock();
                    // If pool is stopping, ensure thread is interrupted;
                    // if not, ensure thread is not interrupted.  This
                    // requires a recheck in second case to deal with
                    // shutdownNow race while clearing interrupt
                    if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                         (Thread.interrupted() &&
                          runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                        !wt.isInterrupted())
                        wt.interrupt();
                    try {
                        beforeExecute(wt, task);
                        Throwable thrown = null;
                        try {
    //由于我们添加的任务都是事先runnable的，这里就是调用添加的任务的run方法
                            task.run();
                        } catch (RuntimeException x) {
                            thrown = x; throw x;
                        } catch (Error x) {
                            thrown = x; throw x;
                        } catch (Throwable x) {
                            thrown = x; throw new Error(x);
                        } finally {
                            afterExecute(task, thrown);
                        }
                    } finally {
                        task = null;
                        w.completedTasks++;
                        w.unlock();
                    }
                }
                completedAbruptly = false;
            } finally {
                processWorkerExit(w, completedAbruptly);
            }
        }

//该方法主要就是获取一个任务，前面我们讲了核心线程不会消亡（allowCoreThreadTimeOut不为空的情况下），会一直查询queue中是否有任务并执行，但是非核心线程在一定的时间内获取不到任务就消亡了，具体逻辑就在这里
    private Runnable getTask() {
            boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?
    
            for (;;) {
                int c = ctl.get();
                int rs = runStateOf(c);
    
                // Check if queue empty only if necessary.
                if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
                    decrementWorkerCount();
                    return null;
                }
    
                int wc = workerCountOf(c);
    
                // 若allowCoreThreadTimeOut为true，或线程数量大于核心线程时，timed为true
                boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
    
                if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
                    && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
                    if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
                        return null;
                    continue;
                }
    
                try {
            //若允许线程消亡，则调poll方法获取任务，等待一定的时间，没有任务就直接返回null
            //若不允许消亡，则调take方法获取任务，没有任务的话，会一直阻塞在这里
                    Runnable r = timed ?
                        workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
                        workQueue.take();
                    if (r != null)
                        return r;
                    timedOut = true;
                } catch (InterruptedException retry) {
                    timedOut = false;
                }
            }
        }

从上面的源码中我们看到有几个疑问

（1）添加任务的时候，task是实现了Runnable的，但是这里并没有用到线程的功能，只是纯粹调了run方法，那`为什么不直接执行execute(command)提交的command，而要在外面包一层Worker呢？？`

`主要是为了控制中断，Worker继承了AQS锁，当运行时上锁，就不能中断，TreadPoolExecutor的shutdown()方法中断前都要获取worker锁，只有在等待从workQueue中获取任务getTask()时才能中断`。

（2）在addWorker添加的 Runnable 任务，为什么叫 firstTask？

因为在创建线程的时候，如果同时指定了 这个线程起来以后需要执行的第一个任务，那么第一个任务就是存放在这里的(线程可不止执行这一个任务) 。当然了，也可以为 null，这样线程起来了，自己到任务队列（BlockingQueue）中取任务（getTask 方法）就行了。

参考：

[https://www.cnblogs.com/trust-freedom/p/6681948.html][https_www.cnblogs.com_trust-freedom_p_6681948.html]

https://juejin.cn/post/6844903494621773832

https://blog.csdn.net/u013935164/article/details/80266080

[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5aKo6Imy5bGx5rC0_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: https://img-blog.csdnimg.cn/20210829104019697.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s,shadow_50,text_Q1NETiBA5aKo6Imy5bGx5rC0,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16
[https_www.cnblogs.com_trust-freedom_p_6681948.html]: https://www.cnblogs.com/trust-freedom/p/6681948.html