线程池创建、执行、销毁的原理解析

淩亂°似流年 2024-02-20 13:10 10阅读 0赞

#### 目录 ####

*   *  线程池的执行原理
     *  线程执行
     *  参考：

### 线程池的执行原理 ###

假设最大核心数是2，非核心线程数为1，队列长度是3  
![在这里插入图片描述][fe4d660b597144818859c8f34df77954.png]  
来第一个任务的时候，没有工作线程在工作，需要创建一个  
![在这里插入图片描述][74ecd093511b428e9e85045871516d8f.png]  
![在这里插入图片描述][d7c98e45a0084b8eafa94032414160b4.png]  
来第二个任务的时候，发现当前核心线程数小于最大核心线程数，所以继续创建线程来处理任务  
![在这里插入图片描述][40ee04fd6627405eb5690eff2ffd3ff3.png]  
![在这里插入图片描述][5ccd2fc795cb4ece92353a0ab0ed7a7c.png]  
当来第三个任务的时候，发现当前核心线程数已经等于最大核心线程数了，所以把新来的任务放到taskQueue中  
![在这里插入图片描述][ac80c89fe08348ebb01f8d30e01da683.png]

后面来第四个、第五个任务也会放在taskQueue中  
![在这里插入图片描述][325d7f0e29ef4435a2316ae90f3d846b.png]

当来第六个任务的时候，发现taskQueue已经满了，所以会创建一个非核心线程来处理任务  
![在这里插入图片描述][cfc960bddd724197a85eda7d7b7acae2.png]  
当来第七个任务的时候，因为线程数量到最大限度了，taskQueue也满了，所以就会走拒绝策略，把其中一个任务给抛弃掉，具体抛弃哪个需要根据选择的拒绝策略来定。

创建线程这里需要考虑并发的问题，即多个任务同时过来了，需要串行创建线程，否则，可能会导致超卖的情况（即创建的线程超过了最大线程数），具体是通过CAS乐观锁实现，代码解释如下：

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
        
            retry:
            for (;;) {
        
                int c = ctl.get();//获取当前线程池的控制状态。
                int rs = runStateOf(c);//获取当前线程池的运行状态。
    
                // Check if queue empty only if necessary.
                //下面这个条件判断用于判断线程池是否处于关闭状态，并且任务队列不为空。如果线程池的状态大于等于SHUTDOWN，并且不满足线程池状态为SHUTDOWN、首个任务为null且任务队列为空的条件，则返回false。这个判断是为了确保在线程池关闭时，不再添加新的工作线程。
                if (rs >= SHUTDOWN &&
                    ! (rs == SHUTDOWN &&
                       firstTask == null &&
                       ! workQueue.isEmpty()))
                    return false;
    
                for (;;) {
        
                    int wc = workerCountOf(c);//获取当前线程池中的工作线程数量。
                    //这个条件判断用于判断工作线程数量是否达到上限。如果工作线程数量大于等于CAPACITY（工作线程数量的上限）或者大于等于核心线程数（如果core为true）或最大线程数（如果core为false），则返回false。这个判断是为了确保工作线程数量不超过线程池的限制。
                    if (wc >= CAPACITY ||
                        wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                        return false;
                        //尝试通过CAS（比较并交换）操作增加工作线程数量。如果成功增加工作线程数量，则跳出循环，继续执行后续逻辑。
                    if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                        break retry;
                    c = ctl.get();  // 重新读取当前线程池的控制状态。
                    //再次判断线程池的运行状态是否发生了变化。如果运行状态发生了变化，则继续重试内部循环。这个判断是为了处理在CAS操作过程中，线程池的状态发生了变化的情况。
                    if (runStateOf(c) != rs)
                        continue retry;
                    // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
                }
            }
            ...创建线程的逻辑忽略...
    }

### 线程执行 ###

花开两朵，各表一枝。  
上面说了任务来了之后，是怎么创建线程的，又是怎么暂存任务的。这一节介绍一下线程是怎么执行任务的，以及在不用的时候，线程怎么被销毁或者保活。  
线程池创建线程并调了thread的start方法之后，该线程会走到下面的runWorker方法。

final void runWorker(Worker w) {
        
            Thread wt = Thread.currentThread();
            Runnable task = w.firstTask;
            w.firstTask = null;
            w.unlock(); // allow interrupts
            boolean completedAbruptly = true;
            try {
        
                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 {
        
                            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);
            }
        }

当一个线程执行完就会自动退出，但是我们知道线程池中的核心线程会一直存活着，想要一直存活，不退出程序就可以了，即循环，从上面的代码也可以看出来确实是这样的。但是还有一个疑问，核心线程是一直存活的，但是非核心线程在一定情况是会销毁的，他们用的是一套代码逻辑，该怎么实现呢？关键点就在getTask这个方法中。

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);
    
                // Are workers subject to culling?
                boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
    			//销毁线程需要满足这两个条件：1. （允许核心线程销毁 || 线程数大于核心线程数）&& 达到了销毁时间；2. 任务队列中没有任务了
                if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut)) 
                    && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
        
                    if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
                    // 这里返回了null，外层方法就跳出了while循环，从而结束该线程
                        return null;
                    continue;
                }
    
                try {
        
                // 超时时间就是在这里设置的，如果允许超时销毁，那么就用poll进行拉取任务，超过了keepAliveTime就返回null。take是阻塞性等待
                    Runnable r = timed ?
                        workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
                        workQueue.take();
                    if (r != null)
                        return r;
                    timedOut = true;
                } catch (InterruptedException retry) {
        
                    timedOut = false;
                }
            }
        }

从上面的解析可以看出，如果队列中没有任务时，小于核心数的线程（核心线程数不销毁的情况下）会一直阻塞在获取任务的方法，直到返回任务。（判断阻塞时并没有核心线程和非核心线程的概念，只要保证创建出来的线程销毁到符合预期数量就ok）。而且执行完后 会继续循环执行getTask的逻辑，不断的处理任务。

### 参考： ###

https://blog.csdn.net/lbh199466/article/details/102700780

[fe4d660b597144818859c8f34df77954.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/20/7894014d4b404bbf9ef49789b89ce12b.png
[74ecd093511b428e9e85045871516d8f.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/20/ed7101b286134f94a21e5198ead5a5a7.png
[d7c98e45a0084b8eafa94032414160b4.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/20/2abe47771ed74dddb0986be7be703963.png
[40ee04fd6627405eb5690eff2ffd3ff3.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/20/b2bace5f2a6a44b6843bc2b36b3bc9bf.png
[5ccd2fc795cb4ece92353a0ab0ed7a7c.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/20/28eb653636cb418d8998fec40844b769.png
[ac80c89fe08348ebb01f8d30e01da683.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/20/b541d0b4121d4d0aa465127e9297cf55.png
[325d7f0e29ef4435a2316ae90f3d846b.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/20/21de91d3e2f5454296742d24dfbab1c4.png
[cfc960bddd724197a85eda7d7b7acae2.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/20/3eedbcde62a14c8d9956c14794ae841f.png