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Java的線程池的工作原理

本篇內(nèi)容主要講解“Java的線程池的工作原理”,感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷,實用性強。下面就讓小編來帶大家學習“Java的線程池的工作原理”吧!

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?? 前提概要

相信大家都用過線程池,對該類ThreadPoolExecutor應(yīng)該一點都不陌生了;

  1. 我們之所以要用到線程池,線程池主要用來解決線程生命周期開銷問題和資源不足問題;

  2. 我們通過對多個任務(wù)重用線程以及控制線程池的數(shù)目可以有效防止資源不足的情況

  3. 本章節(jié)就著重和大家分享分析一下JDK8的ThreadPoolExecutor核心類,看看線程池是如何工作的;

?? 核心原理

線程池在內(nèi)部實際上構(gòu)建了一個生產(chǎn)者消費者模型,將任務(wù)的提交和任務(wù)執(zhí)行兩者解耦,并不直接關(guān)聯(lián),從而良好的緩沖任務(wù),復(fù)用線程。

線程池的運行主要分成兩部分任務(wù)管理、線程管理。

?? 任務(wù)管理

任務(wù)管理充當生產(chǎn)者的角色。

  • 當任務(wù)提交后,線程池會判斷該任務(wù)后續(xù)的流轉(zhuǎn)

  • 直接申請線程執(zhí)行該任務(wù);

  • 緩沖到隊列中等待線程執(zhí)行

  • 拒絕該任務(wù)。

?? 線程管理

線程管理是消費者的角色

  • 它們被統(tǒng)一維護在線程池內(nèi),根據(jù)任務(wù)請求進行線程的分配

  • 當線程執(zhí)行完任務(wù)后則會繼續(xù)獲取新的任務(wù)去執(zhí)行,

  • 最終當線程獲取不到任務(wù)的時候,線程就會被回收。

接下來,我們會按照以下三個部分去詳細講解線程池運行機制:

  1. 線程池如何維護自身狀態(tài)

  2. 線程池如何管理任務(wù)。

  3. 線程池如何管理線程。

?? 構(gòu)造器

?? 四個構(gòu)造器
	// 構(gòu)造器一
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue workQueue) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
        Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
    }


	// 構(gòu)造器二
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             threadFactory, defaultHandler);
    }

	// 構(gòu)造器三
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue workQueue,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), handler);
    }

	// 構(gòu)造器四
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue 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;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }

通過仔細查看構(gòu)造器代碼,發(fā)現(xiàn)最終都是調(diào)用構(gòu)造器四,緊接著賦值了一堆的字段,接下來我們先看看這些字段是什么含義;

  • corePoolSize:核心運行的線程池數(shù)量大小,當線程數(shù)量超過該值時,就需要將超過該數(shù)量值的線程放到等待隊列中;

  • maximumPoolSize:線程池最大能容納的線程數(shù)(該數(shù)量已經(jīng)包含了corePoolSize數(shù)量),當線程數(shù)量超過該值時,則會拒絕執(zhí)行處理策略;

  • workQueue:等待隊列,當達到corePoolSize的時候,就將新加入的線程追加到workQueue該等待隊列中;當然BlockingQueue類也是一個抽象類,也有很多子類來實現(xiàn)不同的隊列等待, 一般來說,阻塞隊列有一下幾種:

    • ArrayBlockingQueue

    • LinkedBlockingQueue

    • SynchronousQueue

    • DelayedWorkQueue

    • ArrayBlockingQueue,PriorityBlockingQueue使用較少,一般使用LinkedBlockingQueue和Synchronous。

  • keepAliveTime:表示線程沒有任務(wù)執(zhí)行時最多保持多久存活時間。

    • 默認情況下當線程數(shù)量大于corePoolSize后keepAliveTime才會起作用,并生效,一旦線程池的數(shù)量小于corePoolSize后keepAliveTime又不起作用了;

    • 但是如果調(diào)用了 allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法,在線程池中的線程數(shù)不大于corePoolSize時,keepAliveTime參數(shù)也會起作用,直到線程池中的線程數(shù)為0

  • threadFactory:新創(chuàng)建線程出生的地方;

  • handler拒絕執(zhí)行處理抽象類,就是說當線程池在一些場景中,不能處理新加入的線程任務(wù)時,會通過該對象處理拒絕策略;

    • 策略一( CallerRunsPolicy ):只要線程池沒關(guān)閉,就直接用調(diào)用者所在線程來運行任務(wù);

    • 策略二( AbortPolicy ):默認策略,直接拋出RejectedExecutionException異常

    • 策略三( DiscardPolicy ):執(zhí)行空操作,什么也不干,拒絕任務(wù)后也不做任何回應(yīng);

    • 策略四( DiscardOldestPolicy ):將隊列中存活最久的那個未執(zhí)行的任務(wù)拋棄掉,然后將當前新的線程放進去(LRU);

    • 該對象RejectedExecutionHandler有四個實現(xiàn)類,即四種策略,讓我們有選擇性的在什么場景下該怎么使用拒絕策略;

  • largestPoolSize:變量記錄了線程池在整個生命周期中曾經(jīng)出現(xiàn)的最大線程個數(shù);

  • allowCoreThreadTimeOut:當為true時,核心線程也有超時退出的概念一說


線程池的生命周期

線程池運行的狀態(tài),并不是用戶顯式設(shè)置的,而是伴隨著線程池的運行,由內(nèi)部來維護。

線程池內(nèi)部使用一個變量維護兩個值:運行狀態(tài)(runState)和線程數(shù)量 (workerCount),兩個關(guān)鍵參數(shù)的維護放在了一起。

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
  • ctl這個AtomicInteger類型,是對線程池的運行狀態(tài)和線程池中有效線程的數(shù)量進行控制的一個字段。

  • 原子變量值,是一個復(fù)核類型的成員變量,是一個原子整數(shù),借助高低位包裝了兩個概念,它同時包含兩部分的信息:線程池的運行狀態(tài) (runState) 和線程池內(nèi)有效線程的數(shù)量 (workerCount),高3位保存runState,低29位保存workerCount,兩個變量之間互不干擾。

    • 用一個變量去存儲兩個值,可避免在做相關(guān)決策時,出現(xiàn)不一致的情況,不必為了維護兩者的一致,而占用鎖資源。

    • 線程池也提供了若干方法去供用戶獲得線程池當前的運行狀態(tài)、線程個數(shù)。這里都使用的是位運算的方式,相比于基本運算,速度也會快很多。

關(guān)于內(nèi)部封裝的獲取生命周期狀態(tài)、獲取線程池線程數(shù)量的計算方法如以下代碼所示:

// 偏移位數(shù),常量值29,之所以偏移29,目的是將32位的原子變量值ctl的高3位設(shè)置為
// 線程池的狀態(tài),低29位作為線程池大小數(shù)量值;32-3

private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;

//低29位都為1,高位都為0
// 線程池的最大容量值
private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;

// runState is stored in the high-order bits
// 接受新任務(wù),并處理隊列任務(wù)
private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;//111
 // 不接受新任務(wù),但會處理隊列任務(wù)
private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;//000
// 不接受新任務(wù),不會處理隊列任務(wù),而且會中斷正在處理過程中的任務(wù)
private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;//001
// 所有的任務(wù)已結(jié)束,workerCount為0,線程過渡到TIDYING狀態(tài),將會執(zhí)行terminated()鉤子方法
private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;//010
 // terminated()方法已經(jīng)完成
private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;//011

// Packing and unpacking ctl線程池的狀態(tài),原子變量值ctl的高三位
//計算當前運行狀態(tài),取高三位
private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }

//計算當前線程數(shù)量,取低29位
private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }

//通過狀態(tài)和線程數(shù)生成ctl
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

HashSet workers = new HashSet();
 // 存放工作線程的線程池;

ThreadPoolExecutor的運行狀態(tài)有5種,分別為:

Java的線程池的工作原理


Java的線程池的工作原理

成員方法

   // 提交任務(wù),添加Runnable對象到線程池,由線程池調(diào)度執(zhí)行
public void execute(Runnable command)

  // c & 高3位為0,低29位為1的CAPACITY,用于獲取低29位的線程數(shù)量
private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }

// 添加worker工作線程,根據(jù)邊界值來決定是否創(chuàng)建新的線程
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core)

// c通常一般為ctl,ctl值小于0,則處于可以接受新任務(wù)狀態(tài)
private static boolean isRunning(int c)

// 拒絕執(zhí)行任務(wù)方法,當線程池在一些場景中,不能處理新加入的線程時,會通過該對象處理拒絕策略;
final void reject(Runnable command)

// 該方法被Worker工作線程的run方法調(diào)用,真正核心處理Runnable任務(wù)的方法
final void runWorker(Worker w)

// c & 高3位為1,低29位為0的~CAPACITY,用于獲取高3位保存的線程池狀態(tài)
private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }

// 不會立即終止線程池,而是要等所有任務(wù)緩存隊列中的任務(wù)都執(zhí)行完后才終止,但再也不會接受新的任務(wù) void shutdown()
public void shutdown()

// 立即終止線程池,并嘗試打斷正在執(zhí)行的任務(wù),并且清空任務(wù)緩存隊列,返回尚未執(zhí)行的任務(wù)
public List shutdownNow()

// worker線程退出
private void processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly)

源碼分析

首先,所有任務(wù)的調(diào)度都是由execute方法完成的,這部分完成的工作是:檢查現(xiàn)在線程池的運行狀態(tài)、運行線程數(shù)、運行策略,決定接下來執(zhí)行的流程,是直接申請線程執(zhí)行,或是緩沖到隊列中執(zhí)行,亦或是直接拒絕該任務(wù)。其執(zhí)行過程如下:


execute

   /**
     * Executes the given task sometime in the future.  The task
     * may execute in a new thread or in an existing pooled thread.
     * If the task cannot be submitted for execution, either because this
     * executor has been shutdown or because its capacity has been reached,
     * the task is handled by the current {@code RejectedExecutionHandler}.
     * @param command the task to execute
     * @throws RejectedExecutionException at discretion of
     *         {@code RejectedExecutionHandler}, if the task
     *         cannot be accepted for execution
     * @throws NullPointerException if {@code command} is null
     */
	 
    public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        /*
         * Proceed in 3 steps:
         *
         * 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to
         * start a new thread with the given command as its first
         * task.  The call to addWorker atomically checks runState and
         * workerCount, and so prevents false alarms that would add
         * threads when it shouldn't, by returning false.
         *
         * 2. If a task can be successfully queued, then we still need
         * to double-check whether we should have added a thread
         * (because existing ones died since last checking) or that
         * the pool shut down since entry into this method. So we
         * recheck state and if necessary roll back the enqueuing if
         * stopped, or start a new thread if there are none.
         *
         * 3. If we cannot queue task, then we try to add a new
         * thread.  If it fails, we know we are shut down or saturated
         * and so reject the task.
         */
        int c = ctl.get(); // 獲取原子計數(shù)值最新值
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
		// 判斷當前線程池數(shù)量是否小于核心線程數(shù)量
            if (addWorker(command, true)) 
			// 嘗試添加command任務(wù)到核心線程
                return;
                c = ctl.get();
			 // 重新獲取當前線程池狀態(tài)值,為后面的檢查做準備。
        }
		// 執(zhí)行到此,說明核心線程任務(wù)數(shù)量已滿,新添加的線程入等待隊列,
		這個是大于corePoolSize且小于maximumPoolSize
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { 
		   // 如果線程池處于可接受任務(wù)狀態(tài),嘗試添加到等待隊列
            int recheck = ctl.get(); // 雙重校驗
            if (! isRunning(recheck) && remove(command)) 
			 // 如果線程池突然不可接受任務(wù),則嘗試移除該command任務(wù)
                reject(command); 
				// 不可接受任務(wù)且成功從等待隊列移除任務(wù),則執(zhí)行拒絕策略操作,
				// 通過策略告訴調(diào)用方任務(wù)入隊情況
            else if (workerCountOf(recheck) == 0) 
			// 如果此刻線程數(shù)量為0的話將沒有Worker執(zhí)行新的task,所以增加一個Worker
                addWorker(null, false); 
				// 添加一個Worker
        }
		// 執(zhí)行到此,說明添加任務(wù)等待隊列已滿,所以嘗試添加一個Worker
        else if (!addWorker(command, false))
		  // 如果添加失敗的話,那么拒絕此線程任務(wù)添加
		  // 拒絕此線程任務(wù)添加
            reject(command);
    }
小結(jié):
  1. 首先檢測線程池運行狀態(tài),如果不是RUNNING,則直接拒絕,線程池要保證在RUNNING的狀態(tài)下執(zhí)行任務(wù)。

  2. 如果workerCount < corePoolSize,則創(chuàng)建并啟動一個線程來執(zhí)行新提交的任務(wù)。

  3. 如果workerCount >= corePoolSize,且線程池內(nèi)的阻塞隊列未滿,則將任務(wù)添加到該阻塞隊列中。

  4. 如果workerCount >= corePoolSize && workerCount < maximumPoolSize,且線程池內(nèi)的阻塞隊列已滿,則創(chuàng)建并啟動一個線程來執(zhí)行新提交的任務(wù)。

  5. 如果workerCount >= maximumPoolSize,并且線程池內(nèi)的阻塞隊列已滿, 則根據(jù)拒絕策略來處理該任務(wù), 默認的處理方式是直接拋異常。就用RejectedExecutionHandler來執(zhí)行拒絕策略;

Java的線程池的工作原理

addWorker

   /**
     * Checks if a new worker can be added with respect to current
     * pool state and the given bound (either core or maximum). If so,
     * the worker count is adjusted accordingly, and, if possible, a
     * new worker is created and started, running firstTask as its
     * first task. This method returns false if the pool is stopped or
     * eligible to shut down. It also returns false if the thread
     * factory fails to create a thread when asked.  If the thread
     * creation fails, either due to the thread factory returning
     * null, or due to an exception (typically OutOfMemoryError in
     * Thread.start()), we roll back cleanly.
     *
     * @param firstTask the task the new thread should run first (or
     * null if none). Workers are created with an initial first task
     * (in method execute()) to bypass queuing when there are fewer
     * than corePoolSize threads (in which case we always start one),
     * or when the queue is full (in which case we must bypass queue).
     * Initially idle threads are usually created via
     * prestartCoreThread or to replace other dying workers.
     *
     * @param core if true use corePoolSize as bound, else
     * maximumPoolSize. (A boolean indicator is used here rather than a
     * value to ensure reads of fresh values after checking other pool
     * state).
     * @return true if successful
     */
    private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
     	// 外層循環(huán),負責判斷線程池狀態(tài),處理線程池狀態(tài)變量加1操作
        retry:
        for (;;) {
		    // 狀態(tài)總體相關(guān)值:運行狀態(tài) + 執(zhí)行線程任務(wù)數(shù)量 
            int c = ctl.get();
			// 讀取狀態(tài)值 - 運行狀態(tài)
            int rs = runStateOf(c);
            // Check if queue empty only if necessary.
			// 滿足下面兩大條件的,說明線程池不能接受任務(wù)了,直接返回false處理
			// 主要目的就是想說,只有線程池的狀態(tài)為 RUNNING 狀態(tài)時,線程池才會接收
			// 新的任務(wù),增加新的Worker工作線程
			// 線程池的狀態(tài)已經(jīng)至少已經(jīng)處于不能接收任務(wù)的狀態(tài)了
            if (rs >= SHUTDOWN &&
			  //目的是檢查線 程池是否處于關(guān)閉狀態(tài)
                ! (rs == SHUTDOWN && firstTask == null && ! workQueue.isEmpty()))
                       return false;
				// 內(nèi)層循環(huán),負責worker數(shù)量加1操作
				for (;;) {
				// 獲取當前worker線程數(shù)量
					int wc = workerCountOf(c);
					if (wc >= CAPACITY ||
						// 如果線程池數(shù)量達到最大上限值CAPACITY
						// core為true時判斷是否大于corePoolSize核心線程數(shù)量
						// core為false時判斷是否大于maximumPoolSize最大設(shè)置的線程數(shù)量
						wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
						return false;
					// 調(diào)用CAS原子操作,目的是worker線程數(shù)量加1
					if (compareAndIncrementWorkerCount(c)) //
						break retry;
					c = ctl.get();  // Re-read ctl
					// CAS原子操作失敗的話,則再次讀取ctl值
					if (runStateOf(c) != rs)
					// 如果剛剛讀取的c狀態(tài)不等于先前讀取的rs狀態(tài),則繼續(xù)外層循環(huán)判斷
						continue retry;
					// else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
					// 之所以會CAS操作失敗,主要是由于多線程并發(fā)操作,導(dǎo)致workerCount
					// 工作線程數(shù)量改變而導(dǎo)致的,因此繼續(xù)內(nèi)層循環(huán)嘗試操作
				}
        }
        boolean workerStarted = false;
        boolean workerAdded = false;
        Worker w = null;
        try {
			// 創(chuàng)建一個Worker工作線程對象,將任務(wù)firstTask,
			// 新創(chuàng)建的線程thread都封裝到了Worker對象里面
            w = new Worker(firstTask);
            final Thread t = w.thread;
            if (t != null) {
				// 由于對工作線程集合workers的添加或者刪除,
				// 涉及到線程安全問題,所以才加上鎖且該鎖為非公平鎖
                final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
                mainLock.lock();
                try {
                    // Recheck while holding lock.
                    // Back out on ThreadFactory failure or if
                    // shut down before lock acquired.
					// 獲取鎖成功后,執(zhí)行臨界區(qū)代碼,首先檢查獲取當前線程池的狀態(tài)rs
                    int rs = runStateOf(ctl.get());
					// 當線程池處于可接收任務(wù)狀態(tài)
					// 或者是不可接收任務(wù)狀態(tài),但是有可能該任務(wù)等待隊列中的任務(wù)
					// 滿足這兩種條件時,都可以添加新的工作線程
                    if (rs < SHUTDOWN ||
                        (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                        if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
                            throw new IllegalThreadStateException();
                         workers.add(w);
						// 添加新的工作線程到工作線程集合workers,workers是set集合
                        int s = workers.size();
                        if (s > largestPoolSize) 
						// 變量記錄了線程池在整個生命周期中曾經(jīng)出現(xiàn)的最大線程個數(shù)
                            largestPoolSize = s;
                        workerAdded = true;
                    }
                } finally {
                    mainLock.unlock();
                }
                if (workerAdded) { 
				// 往workers工作線程集合中添加成功后,則立馬調(diào)用線程start方法啟動起來
                    t.start();
                    workerStarted = true;
                }
            }
        } finally {
            if (! workerStarted)
			// 如果啟動線程失敗的話,還得將剛剛添加成功的線程共集合中移除并且做線				// 程數(shù)量做減1操作
                addWorkerFailed(w);
        }
        return workerStarted;
    }
小結(jié):
  • 該方法是任務(wù)提交的一個核心方法,主要完成狀態(tài)的檢查,工作線程的創(chuàng)建并添加到線程集合切最后順利的話將創(chuàng)建的線程啟動;

  • addWorker(command, true):當線程數(shù)小于corePoolSize時,添加一個需要處理的任務(wù)command進線程集合,如果workers數(shù)量超過corePoolSize時,則返回false不需要添加工作線程;

  • addWorker(command, false):當?shù)却犃幸褲M時,將新來的任務(wù)command添加到workers線程集合中去,若線程集合大小超過maximumPoolSize時,則返回false不需要添加工作線程;

  • addWorker(null, false):放一個空的任務(wù)進線程集合,當這個空任務(wù)的線程執(zhí)行時,會從等待任務(wù)隊列中通過getTask獲取任務(wù)再執(zhí)行,創(chuàng)建新線程且沒有任務(wù)分配,當執(zhí)行時才去取任務(wù);

  • addWorker(null, true):創(chuàng)建空任務(wù)的工作線程到workers集合中去,在setCorePoolSize方法調(diào)用時目的是初始化核心工作線程實例;

任務(wù)調(diào)度機制

任務(wù)調(diào)度是線程池的主要入口,當用戶提交了一個任務(wù),接下來這個任務(wù)將如何執(zhí)行都是由這個階段決定的。了解這部分就相當于了解了線程池的核心運行機制。

runWorker

    /**
     * Main worker run loop.  Repeatedly gets tasks from queue and
     * executes them, while coping with a number of issues:
     *
     * 1. We may start out with an initial task, in which case we
     * don't need to get the first one. Otherwise, as long as pool is
     * running, we get tasks from getTask. If it returns null then the
     * worker exits due to changed pool state or configuration
     * parameters.  Other exits result from exception throws in
     * external code, in which case completedAbruptly holds, which
     * usually leads processWorkerExit to replace this thread.
     *
     * 2. Before running any task, the lock is acquired to prevent
     * other pool interrupts while the task is executing, and then we
     * ensure that unless pool is stopping, this thread does not have
     * its interrupt set.
     *
     * 3. Each task run is preceded by a call to beforeExecute, which
     * might throw an exception, in which case we cause thread to die
     * (breaking loop with completedAbruptly true) without processing
     * the task.
     *
     * 4. Assuming beforeExecute completes normally, we run the task,
     * gathering any of its thrown exceptions to send to afterExecute.
     * We separately handle RuntimeException, Error (both of which the
     * specs guarantee that we trap) and arbitrary Throwables.
     * Because we cannot rethrow Throwables within Runnable.run, we
     * wrap them within Errors on the way out (to the thread's
     * UncaughtExceptionHandler).  Any thrown exception also
     * conservatively causes thread to die.
     *
     * 5. After task.run completes, we call afterExecute, which may
     * also throw an exception, which will also cause thread to
     * die. According to JLS Sec 14.20, this exception is the one that
     * will be in effect even if task.run throws.
     *
     * The net effect of the exception mechanics is that afterExecute
     * and the thread's UncaughtExceptionHandler have as accurate
     * information as we can provide about any problems encountered by
     * user code.
     *
     * @param w the worker
     */
    final void runWorker(Worker w) {
        Thread wt = Thread.currentThread();
        Runnable task = w.firstTask;
        w.firstTask = null;
		// allow interrupts 允許中斷
        w.unlock();
        boolean completedAbruptly = true;
        try {
			// 不斷從等待隊列blockingQueue中獲取任務(wù)
			// 之前addWorker(null, false)這樣的線程執(zhí)行時,
			// 會通過getTask中再次獲取任務(wù)并執(zhí)行
            while (task != null || (task = getTask()) != null) {
                w.lock(); 
				// 上鎖,并不是防止并發(fā)執(zhí)行任務(wù),
				// 而是為了防止shutdown()被調(diào)用時不終止正在運行的worker線程
                // 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 {
					// task.run()執(zhí)行前,由子類實現(xiàn)
                    beforeExecute(wt, task);
                    Throwable thrown = null;
                    try {
                        task.run(); // 執(zhí)行線程Runable的run方法
                    } catch (RuntimeException x) {
                        thrown = x; throw x;
                    } catch (Error x) {
                        thrown = x; throw x;
                    } catch (Throwable x) {
                        thrown = x; throw new Error(x);
                    } finally {
						// task.run()執(zhí)行后,由子類實現(xiàn)
                        afterExecute(task, thrown);
                    }
                } finally {
                    task = null;
                    w.completedTasks++;
                    w.unlock();
                }
            }
            completedAbruptly = false;
        } finally {
            processWorkerExit(w, completedAbruptly);
        }
    }

小結(jié)

  • addWorker通過調(diào)用t.start()啟動了線程,線程池的真正核心執(zhí)行任務(wù)的地方就在此runWorker中;

  • 不斷的執(zhí)行我們提交任務(wù)的run方法,可能是剛剛提交的任務(wù),可能是隊列中等待的隊列,原因在于Worker工作線程類繼承了AQS類;

  • Worker重寫了AQS的tryAcquire方法,不管先來后到,一種非公平的競爭機制,通過CAS獲取鎖,獲取到了就執(zhí)行代碼塊,沒獲取到的話則添加到CLH隊列中通過利用LockSuporrt的park/unpark阻塞任務(wù)等待;

  • addWorker通過調(diào)用t.start()啟動了線程,線程池的真正核心執(zhí)行任務(wù)的地方就在此runWorker中;

processWorkerExit

/**
     * Performs cleanup and bookkeeping for a dying worker. Called
     * only from worker threads. Unless completedAbruptly is set,
     * assumes that workerCount has already been adjusted to account
     * for exit.  This method removes thread from worker set, and
     * possibly terminates the pool or replaces the worker if either
     * it exited due to user task exception or if fewer than
     * corePoolSize workers are running or queue is non-empty but
     * there are no workers.
     *
     * @param w the worker
     * @param completedAbruptly if the worker died due to user exception
     */
    private void processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly) {
		// 如果突然中止,說明runWorker中遇到什么異常了,
		// 那么正在工作的線程自然就需要減1操作了
        if (completedAbruptly) 
		  // If abrupt, then workerCount wasn't adjusted
            decrementWorkerCount();
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
		// 執(zhí)行到此,說明runWorker正常執(zhí)行完了,
		// 需要正常退出工作線程,上鎖正常操作移除線程
        mainLock.lock();
        try {
            completedTaskCount += w.completedTasks; // 增加線程池完成任務(wù)數(shù)
            workers.remove(w);  // 從workers線程集合中移除已經(jīng)工作完的線程
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
		// 在對線程池有負效益的操作時,都需要“嘗試終止”線程池,主要是判斷線程池是否滿足終止的狀態(tài);
		// 如果狀態(tài)滿足,但還有線程池還有線程,嘗試對其發(fā)出中斷響應(yīng),使其能進入退出流程;
		// 沒有線程了,更新狀態(tài)為tidying->terminated;
        tryTerminate();
        int c = ctl.get();
		// 如果狀態(tài)是running、shutdown,即tryTerminate()沒有成功終止線程池,嘗試再添加一個worker
        if (runStateLessThan(c, STOP)) {
			// 不是突然完成的,即沒有task任務(wù)可以獲取而完成的,計算min,并根據(jù)當前worker數(shù)量判斷是否需要addWorker()
            if (!completedAbruptly) {
                int min = allowCoreThreadTimeOut ? 0 : corePoolSize;
				
				// 如果min為0,且workQueue不為空,至少保持一個線程
                if (min == 0 && ! workQueue.isEmpty())
                    min = 1;
					
				// 如果線程數(shù)量大于最少數(shù)量,直接返回,否則下面至少要addWorker一個
                if (workerCountOf(c) >= min)
                    return; // replacement not needed
            }
			
// 只要worker是completedAbruptly突然終止的,或者線程數(shù)量小于要維護的數(shù)量,就新添一個worker線程,即使是shutdown狀態(tài)
            addWorker(null, false);
        }
 }

小結(jié):

  • 異常中止情況worker數(shù)量減1,正常情況就上鎖從workers中移除;

  • tryTerminate():在對線程池有負效益的操作時,都需要“嘗試終止”線程池;

  • 是否需要增加worker線程,如果線程池還沒有完全終止,仍需要保持一定數(shù)量的線程;

到此,相信大家對“Java的線程池的工作原理”有了更深的了解,不妨來實際操作一番吧!這里是創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站,更多相關(guān)內(nèi)容可以進入相關(guān)頻道進行查詢,關(guān)注我們,繼續(xù)學習!


文章名稱:Java的線程池的工作原理
轉(zhuǎn)載來源:http://weahome.cn/article/pohppp.html

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