一文帶你吃透執行緒池
阿新 • • 發佈：2018-10-31
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內容目錄
TreadPoolexecutor原始碼解析
類關係圖
Executor介面
ExecutorService介面
AbstractExecutorService
成員變數
建構函式
Worker類解析
Worker簡介
成員變數
構造方法
execute()解析
addWorker()解析
runWorker()解析
getTask()解析
processWorkerExit()解析
tryTerminate()解析
interruptIdleWorker()解析
監控執行緒池
TreadPoolexecutor原始碼解析
1、類關係圖
2、Executor介面
Executor提供execute()用來啟動任務
public interface Executor {
//用來啟動任務
void execute
}
3、ExecutorService介面
ExecutorService提供了一些管理執行緒池方法和任務執行的方法
public interface ExecutorService extends Executor {
//關閉執行緒池，佇列已經存在的任務可以繼續執行
void
//關閉執行緒池，中斷未執行的任務
List<Runnable> shutdownNow();
//判斷是否關閉
boolean isShutdown();
//判斷是否終止
boolean isTerminated();
//設定超時終止
boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException;
//提交Callable任務
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
//提交Runable任務，帶返回值
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
//提交Runnable任務不帶返回值
Future<?> submit(Runnable task);
//invokeAll()是同步的，其需要等待任務的完成，才能返回。submit()是非同步的
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
throws InterruptedException;
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException;
//invokeAny()取第一個任務的返回值，然後呼叫interrupt方法中斷其它任務。
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
throws InterruptedException, ExecutionException;
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}
4、AbstractExecutorService
AbstractExecutorService類重寫某些方法。自定義了newTaskFor()用於構建RunnableFuture。
5、成員變數
/**
* 執行緒池使用一個int變數儲存執行緒池狀態和工作執行緒數
* int4個位元組，32位，用高三位儲存執行緒池狀態，低29位儲存工作執行緒數
* 為什麼使用一個變數來同時表示執行緒狀態和執行緒數？就是節省空間。諮詢了一下寫c的朋友，他們經常這麼寫
**/
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
//COUNT_BITS=29
private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
//理論上執行緒池最大執行緒數量CAPACITY=536870911
private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1;
/**
* 執行緒池狀態轉換
* RUNNING -> SHUTDOWN
* RUNNING or SHUTDOWN -> STOP
* SHUTDOWN or STOP -> TIDYING
* TIDYING -> TERMINATED terminated()執行完後變為該TERMINATED
*/
//接受新任務，可以處理阻塞佇列裡的任務
private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS;
//不接受新任務，可以處理阻塞佇列裡的任務。執行shutdown()會變為SHUTDOWN
private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS;
//不接受新的任務，不處理阻塞佇列裡的任務，中斷正在處理的任務。執行shutdownNow()會變為STOP
private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS;
//臨時過渡狀態，所有的任務都執行完了，當前執行緒池有效的執行緒數量為0，這個時候執行緒池的狀態是TIDYING，執行terminated()變為TERMINATED
private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS;
//終止狀態，terminated()呼叫完成後的狀態
private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS;
//獲取執行緒池狀態
private static int runStateOf(int c) { return c & ~CAPACITY; }
//獲取工作執行緒數
private static int workerCountOf(int c) { return c & CAPACITY; }
//初始化ctl
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }
//用於儲存等待執行的任務的阻塞佇列。比如LinkedBlockQueue，SynchronousQueue等
private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;
//重入鎖，更新執行緒池核心大小、執行緒池最大大小等都有用到
private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();
//用於儲存woker
private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();
//用於終止執行緒池
private final Condition termination = mainLock.newCondition();
//記錄執行緒池中曾經出現過的最大執行緒數
private int largestPoolSize;
//完成任務數量
private long completedTaskCount;
//執行緒工廠
private volatile ThreadFactory threadFactory;
/**
* rejectedExecutionHandler：任務拒絕策略
* DiscardOldestPolicy：丟棄佇列裡最近的一個任務，並執行當前任務
* AbortPolicy：丟擲異常。這也是預設的策略
* CallerRunsPolicy：用呼叫者所線上程來執行任務
* DiscardPolicy：不處理，丟棄掉
*/
private volatile RejectedExecutionHandler handler;
/**
* 執行緒空閒時間
* 當執行緒空閒時間達到keepAliveTime，該執行緒會退出，直到執行緒數量等於corePoolSize。
* 如果allowCoreThreadTimeout設定為true，則所有執行緒均會退出。
*/
private volatile long keepAliveTime;
//是否允許核心執行緒空閒超時退出，預設值為false。
private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut;
/**
* 核心執行緒數
* 核心執行緒會一直存活，即使沒有任務需要處理，當執行緒數小於核心執行緒數時。
* 即使現有的執行緒空閒，執行緒池也會優先建立新執行緒來處理任務，而不是直接交給現有的執行緒處理。
* 核心執行緒數在初始化時不會建立，只有提交任務的時候才會建立。核心執行緒在allowCoreThreadTimeout為true的時候超時會退出。
*/
private volatile int corePoolSize;
/** 最大執行緒數
* 當執行緒數大於或者等於核心執行緒，且任務佇列已滿時，執行緒池會建立新的執行緒，直到執行緒數量達到maxPoolSize。
* 如果執行緒數已等於maxPoolSize，且任務佇列已滿，則已超出執行緒池的處理能力，執行緒池會採取拒絕操作。
*/
private volatile int maximumPoolSize;
//預設的拒絕策略：丟擲異常
private static final RejectedExecutionHandler defaultHandler =
new AbortPolicy();
private static final RuntimePermission shutdownPerm =
new RuntimePermission("modifyThread");
6、建構函式
//直接提供了一個最終呼叫的建構函式
//大致邏輯就是給執行緒池核心引數賦值
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler) {
if (corePoolSize < 0 ||
maximumPoolSize <= 0 ||
maximumPoolSize < corePoolSize ||
keepAliveTime < 0)
throw new IllegalArgumentException();
if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
throw new NullPointerException();
this.corePoolSize = corePoolSize;
this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
this.workQueue = workQueue;
//轉為納秒
this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
this.threadFactory = threadFactory;
this.handler = handler;
}
Worker類解析
1、Worker簡介
Woeker類是ThreadPoolExecutor一個內部類。此類繼AbstractQueuedSynchronizer，
目的在於判斷執行緒是否空閒以及是否可以被中斷。實現Runnable，在run()中呼叫了runWorker()。
Worker類中firstTask用來儲存傳入的任務，thread是在呼叫構造方法時通過ThreadFactory來建立的執行緒，是用來處理任務的執行緒。注意：這個執行緒並不是task執行緒。
2、成員變數
/** 工作執行緒空間，由執行緒池中所設定的執行緒工廠建立*/
final Thread thread;
/** 在構造方法中傳入的任務*/
Runnable firstTask;
/** 執行完任務的總數*/
volatile long completedTasks;
3、構造方法
Worker(Runnable firstTask) {
//state設定為-1是為了禁止在執行任務前對任務進行中斷。
setState(-1);
//提交的task
this.firstTask = firstTask;
//從執行緒工廠獲取的執行緒，注意這個thread並不是使用者執行緒
this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}
4、execute()解析
public void execute(Runnable command) {
//判斷提交的任務是否為空
if (command == null)
throw new NullPointerException();
//獲取執行緒池狀態和工作執行緒數量結合體(下文統稱為ctl)
int c = ctl.get();
//判斷工作執行緒數量是否小於核心執行緒數
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
//把任務新增到worker，新增成功則返回
if (addWorker(command, true))
return;
//再次獲取ctl
c = ctl.get();
}
//如果執行緒池狀態是正在執行並且新增一個任務到佇列成功
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
//再次校驗執行緒池狀態，如果狀態不是RUNNING則需要從佇列中移除任務
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
//執行拒絕策略
reject(command);
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
//進入這裡說明空閒核心執行緒數都超時退出啦
//因為任務已經放入隊列了，所以此處不需要傳入任務
//注意事項，網上很多說這裡建立一個執行緒不啟動這是錯誤的。博主親測這裡建立了一個執行緒並且需要啟動
addWorker(null, false);
}
/*
* 如果執行到這裡有兩種情況：
* 執行緒池已經不是RUNNING狀態
* 執行緒池是RUNNING狀態，workerCount>=corePoolSize並且workQueue已滿
*/
//呼叫addWorker(),傳入false代表把執行緒池執行緒數量設定maximumPoolSize，如果新增失敗則執行拒絕策略。
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}
5、addWorker()解析
/**
*@param firstTask 表示執行的任務；
*@param core 表示限制新增執行緒的數量是根據corePoolSize來判斷還是maximumPoolSize來判斷；
* 如果為true，根據corePoolSize來判斷；如果為false，則根據maximumPoolSize來判斷
*/
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
retry:
for (;;) {
int c = ctl.get();
//獲取執行緒池狀態
int rs = runStateOf(c);
/**
* 只要滿足下面任一條就直接返回false
* 執行緒池狀態為STOP, TYDING 或 TERMINATD 狀態
* 執行緒池狀態為SHUTDOWN，並且firstTask != null 或者workQueue為空
*/
//這裡為什麼不直接判斷執行緒池狀態呢？是因為有可能線上程池狀態為RUNNING時已經把任務放入佇列中，放入完成以後狀態變為SHUTDOWN
if (rs >= SHUTDOWN &&! (rs == SHUTDOWN &&
firstTask == null &&! workQueue.isEmpty()))
return false;
for (;;) {
//得到工作的執行緒數量
int wc = workerCountOf(c);
//如果工作執行緒數量大於理論上執行緒池容量；或者工作執行緒數大於(corePoolSize or maximumPoolSize) 直接返回false，新增失敗
if (wc >= CAPACITY || wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
return false;
//cas修改工作執行緒數，工作執行緒數+1。如果修改失敗需要重新執行；成功退出迴圈
if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
break retry;
c = ctl.get();
//如果執行緒池狀態變化則需要重新執行
if (runStateOf(c) != rs)
continue retry;
}
}
//worker是否已經啟動
boolean workerStarted = false;
//worker是否新增成功
boolean workerAdded = false;
Worker w = null;
try {
//構建worker
w = new Worker(firstTask);
//注意，這個thread不是firstTask，是從執行緒工廠造出來的
final Thread t = w.thread;
if (t != null) {
//獲取鎖
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
//獲取執行緒池狀態
int rs = runStateOf(ctl.get());
//如果執行緒池狀態是RUNNING或者狀態是SHUTDOWN但是佇列裡面還有任務
if (rs < SHUTDOWN ||
(rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
//如果t.isAlive()=true，說明是有問題的，都沒有啟動，t怎麼會是活的呢。所以丟擲異常。
if (t.isAlive())
throw new IllegalThreadStateException();
//把worker新增到set集合
workers.add(w);
//記錄執行緒池中出現的最大執行緒數
int s = workers.size();
if (s > largestPoolSize)
largestPoolSize = s;
//新增成功標識
workerAdded = true;
}
} finally {
//釋放鎖
mainLock.unlock();
}
//新增成功啟動執行緒，啟動執行緒是呼叫了runWorker()
if (workerAdded) {
t.start();
workerStarted = true;
}
}
} finally {
//啟動失敗
if (! workerStarted)
//啟動失敗需要從workers中移除當前構造的woker；工作執行緒數減1了；執行tryTerminate()判斷是否終止執行緒池。
addWorkerFailed(w);
}
return workerStarted;
}
6、runWorker()解析
final void runWorker(Worker w) {
//獲取當前執行緒
Thread wt = Thread.currentThread();
//需要執行的任務
Runnable task = w.firstTask;
//置為null
w.firstTask = null;
//這裡是為了把之前的state=-1設定為state=0，此時允許中斷
w.unlock();
//是否異常退出迴圈
boolean completedAbruptly = true;
try {
//如果任務不為null或者getTask()不為null
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
//獲取鎖。這裡使用鎖的目的在於標識正在處理任務
w.lock();
//執行緒池=SHUWDOWN，要保證當前執行緒是中斷狀態
//執行緒池!=SHUWDOWN，要保證當前執行緒不是中斷狀態
if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
(Thread.interrupted() &&
runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
!wt.isInterrupted())
wt.interrupt();
try {
//留給子類實現
beforeExecute(wt, task);
Throwable thrown = null;
try {
//執行任務
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 {
//子類執行
afterExecute(task, thrown);
}
} finally {
task = null;
//更新任務完成數
w.completedTasks++;
w.unlock();
}
}
//沒有出現異常
completedAbruptly = false;
} finally {
//一定要注意。執行到這裡說明getTask()返回null。說明當前執行緒池中不需要那麼多執行緒來執行任務了，可以把多於corePoolSize數量的工作執行緒幹掉
processWorkerExit(w, completedAbruptly);
}
}
7、getTask()解析
//什麼情況才會執行getTask呢？說明工作執行緒數已經大於核心執行緒數才會執行getTask()。一定要記住這一點
private Runnable getTask() {
//表示上次從阻塞佇列中取任務時是否超時
boolean timedOut = false;
for (;;) {
int c = ctl.get();
//獲取執行緒池狀態
int rs = runStateOf(c);
//如果執行緒池狀態rs >= SHUTDOWN並且(rs >= STOP，或者阻塞佇列為空)。則將workerCount減1並返回null。
if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
decrementWorkerCount();
return null;
}
//獲取工作執行緒數
int wc = workerCountOf(c);
//表示是否需要超時控制。allowCoreThreadTimeOut預設false；如果執行緒池數量超過核心執行緒數也是需要超時控制的
boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
//校驗工作執行緒數量和任務佇列是否為空
if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
&& (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
//工作執行緒數量-1
if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
return null;
continue;
}
try {
//根據是否超時從佇列中獲取任務
Runnable r = timed ?workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) : workQueue.take();
if (r != null)
return r;
timedOut = true;
} catch (InterruptedException retry) {
//說明發生了中斷
timedOut = false;
}
}
}
8、processWorkerExit()解析
private void processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly) {
//是否異常，如果異常工作執行緒數量-1
if (completedAbruptly)
decrementWorkerCount();
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
//增加執行緒池完成任務數量
completedTaskCount += w.completedTasks;
//從worker中移除完成任務
workers.remove(w);
} finally {
mainLock.unlock();
}
//根據執行緒池狀態進行判斷是否結束執行緒池
tryTerminate();
int c = ctl.get();
if (runStateLessThan(c, STOP)) {
if (!completedAbruptly) {
int min = allowCoreThreadTimeOut ? 0 : corePoolSize;
if (min == 0 && ! workQueue.isEmpty())
min = 1;
if (workerCountOf(c) >= min)
return; // replacement not needed
}
addWorker(null, false);
}
}
9、tryTerminate()解析
//根據執行緒池狀態判斷是否結束執行緒池
final void tryTerminate() {
for (;;) {
int c = ctl.get();
//RUNNING不能結束執行緒池
//執行緒池狀態是TIDYING或TERMINATED說明執行緒池已經處於正在終止的路上
//狀態為SHUTDOWN，但是任務佇列不為空不能結束執行緒池
if (isRunning(c) ||
runStateAtLeast(c, TIDYING) ||
(runStateOf(c) == SHUTDOWN && ! workQueue.isEmpty()))
return;
//工作執行緒數量不等於0，中斷一個空閒的工作執行緒，並返回
if (workerCountOf(c) != 0) {
interruptIdleWorkers(ONLY_ONE);
return;
}
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
// 設定執行緒池狀態為TIDYING，如果設定成功，則呼叫terminated方法
if (ctl.compareAndSet(c, ctlOf(TIDYING, 0))) {
try {
//子類實現
terminated();
} finally {
// 設定狀態為TERMINATED
ctl.set(ctlOf(TERMINATED, 0));
termination.signalAll();
}
return;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
}
}
10、interruptIdleWorker()解析
//該方法用於給空閒工作執行緒一箇中斷標識
private void interruptIdleWorkers(boolean onlyOne) {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
//遍歷worker，根據onlyOne判斷，如果為ture只中斷一個空閒執行緒
for (Worker w : workers) {
Thread t = w.thread;
//執行緒沒有被中斷並且執行緒是空閒狀態tryLock()判斷是否空閒
if (!t.isInterrupted() && w.tryLock()) {
try {
t.interrupt();
} catch (SecurityException ignore) {
} finally {
w.unlock();
}
}
if (onlyOne)
break;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
}
監控執行緒池
通過執行緒池提供的引數進行監控
getTaskCount：執行緒池任務總數。
getCompletedTaskCount：執行緒池已完成的任務數量，小於等於completedTaskCount。
getPoolSize：執行緒池當前的核心執行緒數量。
getLargestPoolSize：執行緒池曾經建立過的最大執行緒數量。
getActiveCount：當前執行緒池中正在執行任務的執行緒數量。
-END-
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