Java - "JUC線程池" 線程狀態與拒絕策略源碼分析
Java多線程系列--“JUC線程池”04之 線程池原理(三)
本章介紹線程池的生命周期。在"Java多線程系列--“基礎篇”01之 基本概念"中，我們介紹過，線程有5種狀態：新建狀態，就緒狀態，運行狀態，阻塞狀態，死亡狀態。線程池也有5種狀態；然而，線程池不同於線程，線程池的5種狀態是：Running, SHUTDOWN, STOP, TIDYING, TERMINATED。
線程池狀態定義代碼如下：
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;
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;
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }
說明：
ctl是一個AtomicInteger類型的原子對象。ctl記錄了"線程池中的任務數量"和"線程池狀態"2個信息。
ctl共包括32位。其中，高3位表示"線程池狀態"，低29位表示"線程池中的任務數量"。
RUNNING -- 對應的高3位值是111。 SHUTDOWN -- 對應的高3位值是000。 STOP -- 對應的高3位值是001。 TIDYING -- 對應的高3位值是010。 TERMINATED -- 對應的高3位值是011。
線程池各個狀態之間的切換如下圖所示：
1. RUNNING
(01) 狀態說明：線程池處在RUNNING狀態時，能夠接收新任務，以及對已添加的任務進行處理。
(02) 狀態切換：線程池的初始化狀態是RUNNING。換句話說，線程池被一旦被創建，就處於RUNNING狀態！
道理很簡單，在ctl的初始化代碼中(如下)，就將它初始化為RUNNING狀態，並且"任務數量"初始化為0。
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
2. SHUTDOWN
(01) 狀態說明：線程池處在SHUTDOWN狀態時，不接收新任務，但能處理已添加的任務。
(02) 狀態切換：調用線程池的shutdown()接口時，線程池由RUNNING -> SHUTDOWN。
3. STOP
(01) 狀態說明：線程池處在STOP狀態時，不接收新任務，不處理已添加的任務，並且會中斷正在處理的任務。
(02) 狀態切換：調用線程池的shutdownNow()接口時，線程池由(RUNNING or SHUTDOWN ) -> STOP。
4. TIDYING
(01) 狀態說明：當所有的任務已終止，ctl記錄的"任務數量"為0，線程池會變為TIDYING狀態。當線程池變為TIDYING狀態時，會執行鉤子函數terminated()。terminated()在ThreadPoolExecutor類中是空的，若用戶想在線程池變為TIDYING時，進行相應的處理；可以通過重載terminated()函數來實現。
(02) 狀態切換：當線程池在SHUTDOWN狀態下，阻塞隊列為空並且線程池中執行的任務也為空時，就會由 SHUTDOWN -> TIDYING。
當線程池在STOP狀態下，線程池中執行的任務為空時，就會由STOP -> TIDYING。
5. TERMINATED
(01) 狀態說明：線程池徹底終止，就變成TERMINATED狀態。
(02) 狀態切換：線程池處在TIDYING狀態時，執行完terminated()之後，就會由 TIDYING -> TERMINATED。
拒絕策略介紹
線程池的拒絕策略，是指當任務添加到線程池中被拒絕，而采取的處理措施。
當任務添加到線程池中之所以被拒絕，可能是由於：第一，線程池異常關閉。第二，任務數量超過線程池的最大限制。
線程池共包括4種拒絕策略，它們分別是：AbortPolicy, CallerRunsPolicy, DiscardOldestPolicy和DiscardPolicy。
AbortPolicy -- 當任務添加到線程池中被拒絕時，它將拋出 RejectedExecutionException 異常。 CallerRunsPolicy -- 當任務添加到線程池中被拒絕時，會在線程池當前正在運行的Thread線程池中處理被拒絕的任務。 DiscardOldestPolicy -- 當任務添加到線程池中被拒絕時，線程池會放棄等待隊列中最舊的未處理任務，然後將被拒絕的任務添加到等待隊列中。 DiscardPolicy -- 當任務添加到線程池中被拒絕時，線程池將丟棄被拒絕的任務。
線程池默認的處理策略是AbortPolicy！
拒絕策略對比和示例
下面通過示例，分別演示線程池的4種拒絕策略。
1. DiscardPolicy 示例
2. DiscardOldestPolicy 示例
3. AbortPolicy 示例
4. CallerRunsPolicy 示例
1. DiscardPolicy 示例
1 import java.lang.reflect.Field;
2 import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
3 import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
4 import java.util.concurrent.TimeUnit;
5 import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy;
6
7 public class DiscardPolicyDemo {
8
9 private static final int THREADS_SIZE = 1;
10 private static final int CAPACITY = 1;
11
12 public static void main(String[] args) throws Exception {
13
14 // 創建線程池。線程池的"最大池大小"和"核心池大小"都為1(THREADS_SIZE)，"線程池"的阻塞隊列容量為1(CAPACITY)。
15 ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS,
16 new ArrayBlockingQueue<Runnable>(CAPACITY));
17 // 設置線程池的拒絕策略為"丟棄"
18 pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
19
20 // 新建10個任務，並將它們添加到線程池中。
21 for (int i = 0; i < 10; i++) {
22 Runnable myrun = new MyRunnable("task-"+i);
23 pool.execute(myrun);
24 }
25 // 關閉線程池
26 pool.shutdown();
27 }
28 }
29
30 class MyRunnable implements Runnable {
31 private String name;
32 public MyRunnable(String name) {
33 this.name = name;
34 }
35 @Override
36 public void run() {
37 try {
38 System.out.println(this.name + " is running.");
39 Thread.sleep(100);
40 } catch (Exception e) {
41 e.printStackTrace();
42 }
43 }
44 }
運行結果：
task-0 is running. task-1 is running.
結果說明：線程池pool的"最大池大小"和"核心池大小"都為1(THREADS_SIZE)，這意味著"線程池能同時運行的任務數量最大只能是1"。
線程池pool的阻塞隊列是ArrayBlockingQueue，ArrayBlockingQueue是一個有界的阻塞隊列，ArrayBlockingQueue的容量為1。這也意味著線程池的阻塞隊列只能有一個線程池阻塞等待。
根據""中分析的execute()代碼可知：線程池中共運行了2個任務。第1個任務直接放到Worker中，通過線程去執行；第2個任務放到阻塞隊列中等待。其他的任務都被丟棄了！
2. DiscardOldestPolicy 示例
1 import java.lang.reflect.Field;
2 import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
3 import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
4 import java.util.concurrent.TimeUnit;
5 import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy;
6
7 public class DiscardOldestPolicyDemo {
8
9 private static final int THREADS_SIZE = 1;
10 private static final int CAPACITY = 1;
11
12 public static void main(String[] args) throws Exception {
13
14 // 創建線程池。線程池的"最大池大小"和"核心池大小"都為1(THREADS_SIZE)，"線程池"的阻塞隊列容量為1(CAPACITY)。
15 ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS,
16 new ArrayBlockingQueue<Runnable>(CAPACITY));
17 // 設置線程池的拒絕策略為"DiscardOldestPolicy"
18 pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());
19
20 // 新建10個任務，並將它們添加到線程池中。
21 for (int i = 0; i < 10; i++) {
22 Runnable myrun = new MyRunnable("task-"+i);
23 pool.execute(myrun);
24 }
25 // 關閉線程池
26 pool.shutdown();
27 }
28 }
29
30 class MyRunnable implements Runnable {
31 private String name;
32 public MyRunnable(String name) {
33 this.name = name;
34 }
35 @Override
36 public void run() {
37 try {
38 System.out.println(this.name + " is running.");
39 Thread.sleep(200);
40 } catch (Exception e) {
41 e.printStackTrace();
42 }
43 }
44 }
運行結果：
task-0 is running. task-9 is running.
結果說明：將"線程池的拒絕策略"由DiscardPolicy修改為DiscardOldestPolicy之後，當有任務添加到線程池被拒絕時，線程池會丟棄阻塞隊列中末尾的任務，然後將被拒絕的任務添加到末尾。
3. AbortPolicy 示例
1 import java.lang.reflect.Field;
2 import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
3 import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
4 import java.util.concurrent.TimeUnit;
5 import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy;
6 import java.util.concurrent.RejectedExecutionException;
7
8 public class AbortPolicyDemo {
9
10 private static final int THREADS_SIZE = 1;
11 private static final int CAPACITY = 1;
12
13 public static void main(String[] args) throws Exception {
14
15 // 創建線程池。線程池的"最大池大小"和"核心池大小"都為1(THREADS_SIZE)，"線程池"的阻塞隊列容量為1(CAPACITY)。
16 ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS,
17 new ArrayBlockingQueue<Runnable>(CAPACITY));
18 // 設置線程池的拒絕策略為"拋出異常"
19 pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
20
21 try {
22
23 // 新建10個任務，並將它們添加到線程池中。
24 for (int i = 0; i < 10; i++) {
25 Runnable myrun = new MyRunnable("task-"+i);
26 pool.execute(myrun);
27 }
28 } catch (RejectedExecutionException e) {
29 e.printStackTrace();
30 // 關閉線程池
31 pool.shutdown();
32 }
33 }
34 }
35
36 class MyRunnable implements Runnable {
37 private String name;
38 public MyRunnable(String name) {
39 this.name = name;
40 }
41 @Override
42 public void run() {
43 try {
44 System.out.println(this.name + " is running.");
45 Thread.sleep(200);
46 } catch (Exception e) {
47 e.printStackTrace();
48 }
49 }
50 }
(某一次)運行結果：
java.util.concurrent.RejectedExecutionException
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:1774)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:768)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:656)
at AbortPolicyDemo.main(AbortPolicyDemo.java:27)
task-0 is running.
task-1 is running.
結果說明：將"線程池的拒絕策略"由DiscardPolicy修改為AbortPolicy之後，當有任務添加到線程池被拒絕時，會拋出RejectedExecutionException。
4. CallerRunsPolicy 示例
1 import java.lang.reflect.Field;
2 import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
3 import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
4 import java.util.concurrent.TimeUnit;
5 import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy;
6
7 public class CallerRunsPolicyDemo {
8
9 private static final int THREADS_SIZE = 1;
10 private static final int CAPACITY = 1;
11
12 public static void main(String[] args) throws Exception {
13
14 // 創建線程池。線程池的"最大池大小"和"核心池大小"都為1(THREADS_SIZE)，"線程池"的阻塞隊列容量為1(CAPACITY)。
15 ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS,
16 new ArrayBlockingQueue<Runnable>(CAPACITY));
17 // 設置線程池的拒絕策略為"CallerRunsPolicy"
18 pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
19
20 // 新建10個任務，並將它們添加到線程池中。
21 for (int i = 0; i < 10; i++) {
22 Runnable myrun = new MyRunnable("task-"+i);
23 pool.execute(myrun);
24 }
25
26 // 關閉線程池
27 pool.shutdown();
28 }
29 }
30
31 class MyRunnable implements Runnable {
32 private String name;
33 public MyRunnable(String name) {
34 this.name = name;
35 }
36 @Override
37 public void run() {
38 try {
39 System.out.println(this.name + " is running.");
40 Thread.sleep(100);
41 } catch (Exception e) {
42 e.printStackTrace();
43 }
44 }
45 }
(某一次)運行結果：
task-2 is running. task-3 is running. task-4 is running. task-5 is running. task-6 is running. task-7 is running. task-8 is running. task-9 is running. task-0 is running. task-1 is running.
結果說明：將"線程池的拒絕策略"由DiscardPolicy修改為CallerRunsPolicy之後，當有任務添加到線程池被拒絕時，線程池會將被拒絕的任務添加到"線程池正在運行的線程"中取運行。
Java - "JUC線程池" 線程狀態與拒絕策略源碼分析