1. gzyueqian
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      看工程師如何對Java 線程池框架核心代碼進行分析的-技術學習

      更新時間: 2018-09-15 11:05:32來源: java學習瀏覽量:3534

          小編今天就給大家說說,多線程編程中,為每個任務分配一個線程是不現(xiàn)實的,線程創(chuàng)建的開銷和資源消耗都是很高的。線程池應運而生,成為我們管理線程的利器。Java通過Executor接口,提供了一種標準的方法將任務的提交過程和執(zhí)行過程解耦開來,并用Runnable表示任務。下面,我們就來分析一下 Java 線程池框架的實現(xiàn)ThreadPoolExecutor。下面的分析基于JDK1.7
          一、生命周期
          ThreadPoolExecutor中,使用CAPACITY的高3位來表示運行狀態(tài),分別是:
          RUNNING:接收新任務,并且處理任務隊列中的任務
          SHUTDOWN:不接收新任務,但是處理任務隊列的任務
          STOP:不接收新任務,不處理任務隊列,同時中斷所有進行中的任務
          TIDYING:所有任務已經(jīng)被終止,工作線程數(shù)量為 0,到達該狀態(tài)會執(zhí)行terminated()
          TERMINATED:terminated()執(zhí)行完畢
          ThreadPoolExecutor中用原子類來表示狀態(tài)位

      private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));

          二、線程池模型

          1、核心參數(shù)
          corePoolSize:小存活的工作線程數(shù)量(如果設置allowCoreThreadTimeOut,那么該值為 0)
          maximumPoolSize:的線程數(shù)量,受限于CAPACITY
          keepAliveTime:對應線程的存活時間,時間單位由TimeUnit指定
          workQueue:工作隊列,存儲待執(zhí)行的任務
          RejectExecutionHandler:拒絕策略,線程池滿后會觸發(fā)
          線程池的容量:CAPACITY中的前三位用作標志位,也就是說工作線程的容量為(2^29)-1
          2、四種模型
          CachedThreadPool:一個可緩存的線程池,如果線程池的當前規(guī)模超過了處理需求時,那么將回收空閑的線程,當需求增加時,則可以添加新的線程,線程池的規(guī)模不存在任何的限制。
          FixedThreadPool:一個固定大小的線程池,提交一個任務時就創(chuàng)建一個線程,直到達到線程池的數(shù)量,這時線程池的大小將不再變化。
          SingleThreadPool:一個單線程的線程池,它只有一個工作線程來執(zhí)行任務,可以確保按照任務在隊列中的順序來串行執(zhí)行,如果這個線程異常結束將創(chuàng)建一個新的線程來執(zhí)行任務。
          ScheduledThreadPool:一個固定大小的線程池,并且以延遲或者定時的方式來執(zhí)行任務,類似于Timer。

          三、執(zhí)行任務 execute


          1、核心邏輯:
          (1. 當前線程數(shù)量 < corePoolSize,直接開啟新的核心線程執(zhí)行任務addWorker(command, true)
          (2. 當前線程數(shù)量 >= corePoolSize,且任務加入工作隊列成功
          檢查線程池當前狀態(tài)是否處于RUNNING
          如果否,則拒絕該任務
          如果是,判斷當前線程數(shù)量是否為 0,如果為 0,就增加一個工作線程。
          2. 開啟普通線程執(zhí)行任務addWorker(command, false),開啟失敗就拒絕該任務
          從上面的分析可以總結出線程池運行的四個階段:
          poolSize < corePoolSize 且隊列為空,此時會新建線程來處理提交的任務
          poolSize == corePoolSize,此時提交的任務進入工作隊列,工作線程從隊列中獲取任務執(zhí)行,此時隊列不為空且未滿。
          poolSize == corePoolSize,并且隊列已滿,此時也會新建線程來處理提交的任務,但是poolSize < maxPoolSize

          poolSize == maxPoolSize,并且隊列已滿,此時會觸發(fā)拒絕策略/


          四、拒絕策略

          前面我們提到任務無法執(zhí)行會被拒絕,RejectedExecutionHandler是處理被拒絕任務的接口。下面是四種拒絕策略。
          AbortPolicy:默認策略,終止任務,拋出RejectedException
          CallerRunsPolicy:在調(diào)用者線程執(zhí)行當前任務,不拋異常
          DiscardPolicy: 拋棄策略,直接丟棄任務,不拋異常
          DiscardOldersPolicy:拋棄老的任務,執(zhí)行當前任務,不拋異常

          五、線程池中的 Worker

          Worker繼承了AbstractQueuedSynchronizer和Runnable,前者給Worker提供鎖的功能,后者執(zhí)行工作線程的主要方法runWorker(Worker w)(從任務隊列撈任務執(zhí)行)。Worker 引用存在workers集合里面,用mainLock守護。

      private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();
      private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();

          六、核心函數(shù) runWorker
          下面是簡化的邏輯,注意:每個工作線程的run都執(zhí)行下面的函數(shù)

      final void runWorker(Worker w) {
          Thread wt = Thread.currentThread();
          Runnable task = w.firstTask;
          w.firstTask = null;
          while (task != null || (task = getTask()) != null) {
              w.lock();
              beforeExecute(wt, task);
              task.run();
              afterExecute(task, thrown);
              w.unlock();
          }
          processWorkerExit(w, completedAbruptly);
      }

          從getTask()中獲取任務
          鎖住 worker
          執(zhí)行beforeExecute(wt, task),這是ThreadPoolExecutor提供給子類的擴展方法
          運行任務,如果該worker有配置了任務,則先執(zhí)行任務且只執(zhí)行一次。
          執(zhí)行afterExecute(task, thrown);
          解鎖 worker
          如果獲取到的任務為 null,關閉 worker
          七、獲取任務 getTask
          線程池內(nèi)部的任務隊列是一個阻塞隊列,具體實現(xiàn)在構造時傳入。

      private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;

          getTask()從任務隊列中獲取任務,支持阻塞和超時等待任務,四種情況會導致返回null,讓worker關閉。
          現(xiàn)有的線程數(shù)量超過線程數(shù)量
          線程池處于STOP狀態(tài)
          線程池處于SHUTDOWN狀態(tài)且工作隊列為空
          線程等待任務超時,且線程數(shù)量超過保留線程數(shù)量
          核心邏輯:根據(jù)timed在阻塞隊列上超時等待或者阻塞等待任務,等待任務超時會導致工作線程被關閉。

      timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
      Runnable r = timed ?
          workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
          workQueue.take();

          在以下兩種情況下等待任務會超時:
          允許核心線程等待超時,即allowCoreThreadTimeOut(true)
          當前線程是普通線程,此時wc > corePoolSize
          工作隊列使用的是BlockingQueue,這里就不展開了,后面再寫一篇詳細的分析。

          八、總結
          ThreadPoolExecutor基于生產(chǎn)者-消費者模式,提交任務的操作相當于生產(chǎn)者,執(zhí)行任務的線程相當于消費者。
      Executors提供了四種基于ThreadPoolExecutor構造線程池模型的方法,除此之外,我們還可以直接繼承ThreadPoolExecutor,重寫beforeExecute和afterExecute方法來定制線程池任務執(zhí)行過程。使用有界隊列還是無界隊列需要根據(jù)具體情況考慮,工作隊列的大小和線程的數(shù)量也是需要好好考慮的。
          拒絕策略推薦使用CallerRunsPolicy,該策略不會拋棄任務,也不會拋出異常,而是將任務回退到調(diào)用者線程中執(zhí)行。

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