ThreadPoolExecutor解读

ゞ浴缸里的玫瑰 2023-10-12 19:17 2阅读 0赞

**目录**

线程池状态

构造方法

newFixedThreadPool

newCachedThreadPool

newSingleThreadExecutor

提交任务

关闭线程池

其它方法

--------------------

###### 线程池状态 ######

ThreadPoolExecutor 使用 int 的高 3 位来表示线程池状态，低 29 位表示线程数量

<table style="margin-left:6.4pt;width:650px;"> 
 <thead> 
 <tr> 
 <td style="background-color:#eff3f5;border-color:#dddddd;"> 状态名 </td> 
 <td style="background-color:#eff3f5;border-color:#dddddd;"> 高 3 位 </td> 
 <td style="background-color:#eff3f5;border-color:#dddddd;"> 接收新任务 </td> 
 <td style="background-color:#eff3f5;border-color:#dddddd;"> 处理阻塞队列任务 </td> 
 <td style="background-color:#eff3f5;border-color:#dddddd;"> 说明 </td> 
 </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="background-color:#ffffff;border-color:#dddddd;"> RUNNING </td> 
 <td style="background-color:#ffffff;"> 111 </td> 
 <td style="background-color:#ffffff;"> Y </td> 
 <td style="background-color:#ffffff;"> Y </td> 
 <td style="background-color:#ffffff;"></td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="background-color:#f7f7f7;border-color:#dddddd;"> SHUTDOWN </td> 
 <td style="background-color:#f7f7f7;"> 000 </td> 
 <td style="background-color:#f7f7f7;"> Y </td> 
 <td style="background-color:#f7f7f7;"> Y </td> 
 <td style="background-color:#f7f7f7;"> 不会接收新任务，但会处理阻塞队列剩余任务 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="background-color:#ffffff;border-color:#dddddd;"> STOP </td> 
 <td style="background-color:#ffffff;"> 001 </td> 
 <td style="background-color:#ffffff;"> N </td> 
 <td style="background-color:#ffffff;"> N </td> 
 <td style="background-color:#ffffff;"> 会中断正在执行的任务，并抛弃阻塞队列任务 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="background-color:#f7f7f7;border-color:#dddddd;"> TIDYING </td> 
 <td style="background-color:#f7f7f7;"> 010 </td> 
 <td style="background-color:#f7f7f7;"> - </td> 
 <td style="background-color:#f7f7f7;"> - </td> 
 <td style="background-color:#f7f7f7;"> 任务全部执行完毕，活动线程为0即将进入终结 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="background-color:#ffffff;border-color:#dddddd;"> TERMINATED </td> 
 <td style="background-color:#ffffff;"> 011 </td> 
 <td style="background-color:#ffffff;"> - </td> 
 <td style="background-color:#ffffff;"> - </td> 
 <td style="background-color:#ffffff;"> 终结状态 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

从数字上比较，TERMINATED > TIDYING > STOP > SHUTDOWN > RUNNING**（最高位是1 ，表示负数）。**

这些信息存储在一个原子变量 ctl 中，目的是将线程池状态与线程个数合二为一，这样就可以用一次 cas 原子操作 进行赋值

// c 为旧值， ctlOf 返回结果为新值
    ctl.compareAndSet(c, ctlOf(targetState, workerCountOf(c))));
    
    // rs 为高 3 位代表线程池状态， wc 为低 29 位代表线程个数，ctl 是合并它们
    private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

###### 构造方法 ######

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

> corePoolSize 核心线程数目 (最多保留的线程数) maximumPoolSize 最大线程数目
> 
> keepAliveTime 生存时间 - 针对救急线程
> 
> unit 时间单位 - 针对救急线程
> 
> workQueue 阻塞队列
> 
> threadFactory 线程工厂 - 可以为线程创建时起个好名字
> 
> handler 拒绝策略

工作方式：

> 来了五个任务，核心线程为2，最大线程为3，阻塞队列大小为2

![47b0b48b03094303b88fb50e7505386a.png][]

*  线程池中刚开始没有线程，当一个任务提交给线程池后，线程池会创建一个新线程来执行任务。
 *  当线程数达到 corePoolSize 并没有线程空闲，这时再加入任务，新加的任务会被加入workQueue 队列排 队，直到有空闲的线程。
 *  如果队列选择了有界队列，那么任务超过了队列大小时，会创建 maximumPoolSize - corePoolSize 数目的线 程来救急。
 *  如果线程到达 maximumPoolSize 仍然有新任务这时会执行拒绝策略。拒绝策略 jdk 提供了 4 种实现，其它 著名框架也提供了实现

> AbortPolicy 让调用者抛出 RejectedExecutionException 异常，这是默认策略
> 
> CallerRunsPolicy 让调用者运行任务
> 
> DiscardPolicy 放弃本次任务
> 
> DiscardOldestPolicy 放弃队列中最早的任务，本任务取而代之
> 
> Dubbo 的实现，在抛出 RejectedExecutionException 异常之前会记录日志，并 dump 线程栈信息，方 便定位问题
> 
> Netty 的实现，是创建一个新线程来执行任务
> 
> ActiveMQ 的实现，带超时等待（60s）尝试放入队列，类似我们之前自定义的拒绝策略
> 
> PinPoint 的实现，它使用了一个拒绝策略链，会逐一尝试策略链中每种拒绝策略

*  当高峰过去后，超过corePoolSize 的救急线程如果一段时间没有任务做，需要结束节省资源，这个时间由keepAliveTime 和 unit 来控制。

![d2c93873f0774e61bf1ce5eed39ff62b.png][]

根据这个构造方法，JDK Executors 类中提供了众多工厂方法来创建各种用途的线程池

###### newFixedThreadPool ######

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
 return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
 new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
 }

> 特点
> 
>  *  核心线程数 == 最大线程数（没有救急线程被创建），因此也无需超时时间
>  *  阻塞队列是无界的，可以放任意数量的任务
> 
> 评价 适用于任务量已知，相对耗时的任务

###### newCachedThreadPool ######

public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
 return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
 60L, TimeUnit.SECONDS,
 new SynchronousQueue<Runnable>(),
 threadFactory);
 }

> 特点
> 
> 核心线程数是 0， 最大线程数是 Integer.MAX\_VALUE，救急线程的空闲生存时间是 60s，意味着
> 
>  *  全部都是救急线程（60s 后可以回收）
>  *  救急线程可以无限创建
> 
> 队列采用了 SynchronousQueue 实现特点是，它没有容量，没有线程来取是放不进去的（一手交钱、一手交 货）

SynchronousQueue<Integer> integers = new SynchronousQueue<>();
 
 new Thread(() -> {
 try {
 log.debug("putting {} ", 1);
 integers.put(1);
 log.debug("{} putted...", 1);
 
 log.debug("putting...{} ", 2);
 integers.put(2);
 log.debug("{} putted...", 2);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 }, "t1").start();
 
 sleep(1);
 
 new Thread(() -> {
 try {
 log.debug("taking {}", 1);
 integers.take();
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 }, "t2").start();
 sleep(1);
 new Thread(() -> {
 try {
 log.debug("taking {}", 2);
 integers.take();
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 }, "t3").start();
 
 }

> 11:48:15.500 c.TestSynchronousQueue \[t1\] - putting 1 11:48:16.500 c.TestSynchronousQueue \[t2\] - taking 1
> 
> 11:48:16.500 c.TestSynchronousQueue \[t1\] - 1 putted...
> 
> 11:48:16.500 c.TestSynchronousQueue \[t1\] - putting...2
> 
> 11:48:17.502 c.TestSynchronousQueue \[t3\] - taking 2
> 
> 11:48:17.503 c.TestSynchronousQueue \[t1\] - 2 putted..

评价 整个线程池表现为线程数会根据任务量不断增长，没有上限，当任务执行完毕，空闲 1分钟后释放线 程。 适合任务数比较密集，但每个任务执行时间较短的情况

###### newSingleThreadExecutor ######

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
 return new FinalizableDelegatedExecutorService
 (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
 new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
 }

> 使用场景： 希望多个任务排队执行。线程数固定为 1，任务数多于 1 时，会放入无界队列排队。任务执行完毕，这唯一的线程 也不会被释放。

区别：

*  自己创建一个单线程串行执行任务，如果任务执行失败而终止那么没有任何补救措施，而线程池还会新建一 个线程，保证池的正常工作
 *  Executors.newSingleThreadExecutor() 线程个数始终为1，不能修改
 *  FinalizableDelegatedExecutorService 应用的是装饰器模式，只对外暴露了 ExecutorService 接口，因 此不能调用 ThreadPoolExecutor 中特有的方法
 *  Executors.newFixedThreadPool(1) 初始时为1，以后还可以修改 对外暴露的是 ThreadPoolExecutor 对象，可以强转后调用 setCorePoolSize 等方法进行修改

###### 提交任务 ######

// 执行任务
 
 void execute(Runnable command);
 
 
 // 提交任务 task，用返回值 Future 获得任务执行结果
 
 <T> Future<T> submit(Callable<T> task);
 
 
 // 提交 tasks 中所有任务
 
 <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
 throws InterruptedException;
 
 
 // 提交 tasks 中所有任务，带超时时间
 
 <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
 long timeout, TimeUnit unit)
 throws InterruptedException;
 
 
 // 提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消
 
 <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
 throws InterruptedException, ExecutionException;
 
 // 提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消，带超时时间
 
 <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
 long timeout, TimeUnit unit)
 throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;

###### 关闭线程池 ######

shutdown

/*
    线程池状态变为 SHUTDOWN
     - 不会接收新任务
     - 但已提交任务会执行完
     - 此方法不会阻塞调用线程的执行
    */
    
    void shutdown();

shutdownNow

/*
 线程池状态变为 STOP
 - 不会接收新任务
 - 会将队列中的任务返回
 - 并用 interrupt 的方式中断正在执行的任务
 */
 
 List<Runnable> shutdownNow();

###### 其它方法 ######

// 不在 RUNNING 状态的线程池，此方法就返回 true
    boolean isShutdown();
     
    
    // 线程池状态是否是 TERMINATED
    boolean isTerminated();
     
    
    // 调用 shutdown 后，由于调用线程并不会等待所有任务运行结束，
    //因此如果它想在线程池 TERMINATED 后做些事情，可以利用此方法等待
    boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

[47b0b48b03094303b88fb50e7505386a.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/47b0b48b03094303b88fb50e7505386a.png
[d2c93873f0774e61bf1ce5eed39ff62b.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/d2c93873f0774e61bf1ce5eed39ff62b.png