线程池示例
在分析线程池之前，先看一个简单的线程池示例。
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import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ExecutorService;public class ThreadPoolDemo1 { public static void main(String[] args) { // 创建一个可重用固定线程数的线程池 ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2); // 创建实现了Runnable接口对象，Thread对象当然也实现了Runnable接口 Thread ta = new MyThread(); Thread tb = new MyThread(); Thread tc = new MyThread(); Thread td = new MyThread(); Thread te = new MyThread(); // 将线程放入池中进行执行 pool.execute(ta); pool.execute(tb); pool.execute(tc); pool.execute(td); pool.execute(te); // 关闭线程池 pool.shutdown(); }}class MyThread extends Thread { @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " is running."); }} |
运行结果：
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pool-1-thread-1 is running.pool-1-thread-2 is running.pool-1-thread-1 is running.pool-1-thread-2 is running.pool-1-thread-1 is running. |
示例中，包括了线程池的创建，将任务添加到线程池中，关闭线程池这3个主要的步骤。稍后，我们会从这3个方面来分析ThreadPoolExecutor。
线程池源码分析
(一) 创建“线程池”
下面以newFixedThreadPool()介绍线程池的创建过程。
1. newFixedThreadPool()
newFixedThreadPool()在Executors.java中定义，源码如下：
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public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());} |
说明：newFixedThreadPool(int nThreads)的作用是创建一个线程池，线程池的容量是nThreads。
newFixedThreadPool()在调用ThreadPoolExecutor()时，会传递一个LinkedBlockingQueue()对象，而LinkedBlockingQueue是单向链表实现的阻塞队列。在线程池中，就是通过该阻塞队列来实现"当线程池中任务数量超过允许的任务数量时，部分任务会阻塞等待"。
关于LinkedBlockingQueue的实现细节，读者可以参考"Java多线程系列--“JUC集合”08之 LinkedBlockingQueue"。
2. ThreadPoolExecutor()
ThreadPoolExecutor()在ThreadPoolExecutor.java中定义，源码如下：
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public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue) { this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);} |
说明：该函数实际上是调用ThreadPoolExecutor的另外一个构造函数。该函数的源码如下：
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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(); // 核心池大小 this.corePoolSize = corePoolSize; // 最大池大小 this.maximumPoolSize = maximumPoolSize; // 线程池的等待队列 this.workQueue = workQueue; this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime); // 线程工厂对象 this.threadFactory = threadFactory; // 拒绝策略的句柄 this.handler = handler;} |
说明：在ThreadPoolExecutor()的构造函数中，进行的是初始化工作。
corePoolSize, maximumPoolSize, unit, keepAliveTime和workQueue这些变量的值是已知的，它们都是通过newFixedThreadPool()传递而来。下面看看threadFactory和handler对象。
2.1 ThreadFactory
线程池中的ThreadFactory是一个线程工厂，线程池创建线程都是通过线程工厂对象(threadFactory)来完成的。
上面所说的threadFactory对象，是通过 Executors.defaultThreadFactory()返回的。Executors.java中的defaultThreadFactory()源码如下：
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public static ThreadFactory defaultThreadFactory() { return new DefaultThreadFactory();} |
defaultThreadFactory()返回DefaultThreadFactory对象。Executors.java中的DefaultThreadFactory()源码如下：
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static class DefaultThreadFactory implements ThreadFactory { private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1); private final ThreadGroup group; private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1); private final String namePrefix; DefaultThreadFactory() { SecurityManager s = System.getSecurityManager(); group = (s != null) ? s.getThreadGroup() : Thread.currentThread().getThreadGroup(); namePrefix = "pool-" + poolNumber.getAndIncrement() + "-thread-"; } // 提供创建线程的API。 public Thread newThread(Runnable r) { // 线程对应的任务是Runnable对象r Thread t = new Thread(group, r, namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(), 0); // 设为“非守护线程” if (t.isDaemon()) t.setDaemon(false); // 将优先级设为“Thread.NORM_PRIORITY” if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY) t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY); return t; }} |
说明：ThreadFactory的作用就是提供创建线程的功能的线程工厂。
它是通过newThread()提供创建线程功能的，下面简单说说newThread()。newThread()创建的线程对应的任务是Runnable对象，它创建的线程都是“非守护线程”而且“线程优先级都是Thread.NORM_PRIORITY”。
2.2 RejectedExecutionHandler
handler是ThreadPoolExecutor中拒绝策略的处理句柄。所谓拒绝策略，是指将任务添加到线程池中时，线程池拒绝该任务所采取的相应策略。
线程池默认会采用的是defaultHandler策略，即AbortPolicy策略。在AbortPolicy策略中，线程池拒绝任务时会抛出异常！
defaultHandler的定义如下：
private static final RejectedExecutionHandler defaultHandler = new AbortPolicy();
AbortPolicy的源码如下：
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public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler { public AbortPolicy() { } // 抛出异常 public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() + " rejected from " + e.toString()); }} |
(二) 添加任务到“线程池”
1. execute()
execute()定义在ThreadPoolExecutor.java中，源码如下：
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public void execute(Runnable command) { // 如果任务为null，则抛出异常。 if (command == null) throw new NullPointerException(); // 获取ctl对应的int值。该int值保存了"线程池中任务的数量"和"线程池状态"信息 int c = ctl.get(); // 当线程池中的任务数量 < "核心池大小"时，即线程池中少于corePoolSize个任务。 // 则通过addWorker(command, true)新建一个线程，并将任务(command)添加到该线程中；然后，启动该线程从而执行任务。 if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { if (addWorker(command, true)) return; c = ctl.get(); } // 当线程池中的任务数量 >= "核心池大小"时， // 而且，"线程池处于允许状态"时，则尝试将任务添加到阻塞队列中。 if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { // 再次确认“线程池状态”，若线程池异常终止了，则删除任务；然后通过reject()执行相应的拒绝策略的内容。 int recheck = ctl.get(); if (! isRunning(recheck) && remove(command)) reject(command); // 否则，如果"线程池中任务数量"为0，则通过addWorker(null, false)尝试新建一个线程，新建线程对应的任务为null。 else if (workerCountOf(recheck) == 0) addWorker(null, false); } // 通过addWorker(command, false)新建一个线程，并将任务(command)添加到该线程中；然后，启动该线程从而执行任务。 // 如果addWorker(command, false)执行失败，则通过reject()执行相应的拒绝策略的内容。 else if (!addWorker(command, false)) reject(command);} |
说明：execute()的作用是将任务添加到线程池中执行。它会分为3种情况进行处理：
情况1 -- 如果"线程池中任务数量" < "核心池大小"时，即线程池中少于corePoolSize个任务；此时就新建一个线程，并将该任务添加到线程中进行执行。
情况2 -- 如果"线程池中任务数量" >= "核心池大小"，并且"线程池是允许状态"；此时，则将任务添加到阻塞队列中阻塞等待。在该情况下，会再次确认"线程池的状态"，如果"第2次读到的线程池状态"和"第1次读到的线程池状态"不同，则从阻塞队列中删除该任务。
情况3 -- 非以上两种情况。在这种情况下，尝试新建一个线程，并将该任务添加到线程中进行执行。如果执行失败，则通过reject()拒绝该任务。
2. addWorker()
addWorker()的源码如下：
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private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) { retry: // 更新"线程池状态和计数"标记，即更新ctl。 for (;;) { // 获取ctl对应的int值。该int值保存了"线程池中任务的数量"和"线程池状态"信息 int c = ctl.get(); // 获取线程池状态。 int rs = runStateOf(c); // 有效性检查 if (rs >= SHUTDOWN && ! (rs == SHUTDOWN && firstTask == null && ! workQueue.isEmpty())) return false; for (;;) { // 获取线程池中任务的数量。 int wc = workerCountOf(c); // 如果"线程池中任务的数量"超过限制，则返回false。 if (wc >= CAPACITY || wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)) return false; // 通过CAS函数将c的值+1。操作失败的话，则退出循环。 if (compareAndIncrementWorkerCount(c)) break retry; c = ctl.get(); // Re-read ctl // 检查"线程池状态"，如果与之前的状态不同，则从retry重新开始。 if (runStateOf(c) != rs) continue retry; // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop } } boolean workerStarted = false; boolean workerAdded = false; Worker w = null; // 添加任务到线程池，并启动任务所在的线程。 try { final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; // 新建Worker，并且指定firstTask为Worker的第一个任务。 w = new Worker(firstTask); // 获取Worker对应的线程。 final Thread t = w.thread; if (t != null) { // 获取锁 mainLock.lock(); try { int c = ctl.get(); int rs = runStateOf(c); // 再次确认"线程池状态" if (rs < SHUTDOWN || (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) { if (t.isAlive()) // precheck that t is startable throw new IllegalThreadStateException(); // 将Worker对象(w)添加到"线程池的Worker集合(workers)"中 workers.add(w); // 更新largestPoolSize int s = workers.size(); if (s > largestPoolSize) largestPoolSize = s; workerAdded = true; } } finally { // 释放锁 mainLock.unlock(); } // 如果"成功将任务添加到线程池"中，则启动任务所在的线程。 if (workerAdded) { t.start(); workerStarted = true; } } } finally { if (! workerStarted) addWorkerFailed(w); } // 返回任务是否启动。 return workerStarted;} |
说明：
addWorker(Runnable firstTask, boolean core) 的作用是将任务(firstTask)添加到线程池中，并启动该任务。
core为true的话，则以corePoolSize为界限，若"线程池中已有任务数量>=corePoolSize"，则返回false；core为false的话，则以maximumPoolSize为界限，若"线程池中已有任务数量>=maximumPoolSize"，则返回false。
addWorker()会先通过for循环不断尝试更新ctl状态，ctl记录了"线程池中任务数量和线程池状态"。
更新成功之后，再通过try模块来将任务添加到线程池中，并启动任务所在的线程。
从addWorker()中，我们能清晰的发现：线程池在添加任务时，会创建任务对应的Worker对象；而一个Workder对象包含一个Thread对象。(01) 通过将Worker对象添加到"线程的workers集合"中，从而实现将任务添加到线程池中。 (02) 通过启动Worker对应的Thread线程，则执行该任务。
3. submit()
补充说明一点，submit()实际上也是通过调用execute()实现的，源码如下：
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public Future<?> submit(Runnable task) { if (task == null) throw new NullPointerException(); RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null); execute(ftask); return ftask;} |
(三) 关闭“线程池”
shutdown()的源码如下：
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public void shutdown() { final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; // 获取锁 mainLock.lock(); try { // 检查终止线程池的“线程”是否有权限。 checkShutdownAccess(); // 设置线程池的状态为关闭状态。 advanceRunState(SHUTDOWN); // 中断线程池中空闲的线程。 interruptIdleWorkers(); // 钩子函数，在ThreadPoolExecutor中没有任何动作。 onShutdown(); // hook for ScheduledThreadPoolExecutor } finally { // 释放锁 mainLock.unlock(); } // 尝试终止线程池 tryTerminate();} |
说明：shutdown()的作用是关闭线程池。
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