005.聊聊线程与线程池

作为Java 搬砖人员，免不了要接触线程与线程池，今天就来聊聊线程与JDK里的线程池

进入今天内容前，我们先思考下这么个问题：线程池里的线程是如何维持生命，不被GC掉？

what is thread

thread的使用

thread的几种状态

JDK线程池的使用

线程池里的线程

线程（英语：thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位

一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务

by wikipedia

一般有两种方式来使用线程处理任务

1.继承Thread，直接重写run方法，然后实例化Thread来启动线程

2.实现Runnable接口，实现run方法，然后把Runnable作为参数入参实例化Thread来启动线程

启动线程使用start方法，而不是run方法

直接使用run方法相当于普通的对象方法调用，而没有创建线程来运行run方法

可以对比下Thread的start方法和run方法源码，就可以发现猫腻

public synchronized void start() {
    /**
     * This method is not invoked for the main method thread or "system"
     * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
     * to this method in the future may have to also be added to the VM.
     *
     * A zero status value corresponds to state "NEW".
     */
    if (threadStatus != 0)
        throw new IllegalThreadStateException();

    /* Notify the group that this thread is about to be started
     * so that it can be added to the group's list of threads
     * and the group's unstarted count can be decremented. */
    group.add(this);

    boolean started = false;
    try {
        start0();
        started = true;
    } finally {
        try {
            if (!started) {
                group.threadStartFailed(this);
            }
        } catch (Throwable ignore) {
            /* do nothing. If start0 threw a Throwable then
              it will be passed up the call stack */
        }
    }
}

public void run() {
    if (target != null) {
        target.run();
    }
}

start方法里会调用JVM本地方法start0 ，创建线程，后续将会由JVM来发起线程调度，去具体执行run方法

而Thread的run方法就是对传入的Runnable对象的方法调用而已

线程自身有4种状态（Java编程思想）

1.new。线程创建后会短暂处于此状态

2.Runnable。在此状态下，只要调度器把时间片分配给线程，线程就可以运行

3.Blocked。线程能够运行，但有某个条件阻止它的运行

4.Dead。处于死亡或终止状态的线程将不可再是可调度的，并且再也不会得到CPU时间，它的任务已经结束，或不再是可运行的

也就是说，处于Dead的线程，接下来就等着被GC了

所以，如果能够让线程不断的在Runnable、Blocked  运行状态间持续转换，就可以一直维持线程的“生命”了

下面来聊下线程池，大概说下线程池的使用

JDK线程池中一个构造方法

关键的5个参数为corePoolSize、maximumPoolSize、workQueue、threadFactory、handler

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler)

通过线程池的处理流程分析，我们就能很好的理解这几个参数的意义

1.当我们往线程池添加任务时，开始poolsize=0，需要创建线程进行任务处理

1.1 不断的添加任务，也不断的创建线程，直到poolsize = corePoolSize

2.当添加第 corePoolSize+1 个任务时，任务会被放到queue里，等待空闲线程进行处理

2.1 一般我们会使用有界的队列，不停的添加任务到队列，直到队列满；

     使用无界队列就看内存什么时候耗尽了，这是一个非常危险的行为

3.队列满的情况下，继续添加任务，这时，会重新开始创建线程进行任务处理

3.1不断添加任务，直到poolsize = maximumPoolSize；这时停止线程创建

4.当线程满负荷运行，依然有新任务过来，这时就需要拒绝策略了；

一般有几种拒绝策略，如直接丢弃、由caller直接执行任务、抛出拒绝exception等

通过threadFactory我们可以自定义thread的创建，比如重定义下线程的名字，方便识别

了解了线程池的大概处理流程，就基本知道应该怎么使用线程池了；无非就具体参数值的设定，根据实际场景选择合适的参数组合

下面来具体分析下线程池里的线程

再回头开头提的那个问题：线程池里的线程是如何维持生命，不被GC掉？

线程的执行方法本身非常好理解，不断的获取task，然后执行task

看上去是个while循环，只要有task，线程就能不断执行了

而如果没有task，线程就会完成使命，等待被回收了

final void runWorker(Worker w) {
    Thread wt = Thread.currentThread();
    Runnable task = w.firstTask;
    w.firstTask = null;
    w.unlock(); // allow interrupts
    boolean completedAbruptly = true;
    try {
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {
            w.lock();
            // 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 {
                beforeExecute(wt, task);
                Throwable thrown = null;
                try {
                    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 {
                    afterExecute(task, thrown);
                }
            } finally {
                task = null;
                w.completedTasks++;
                w.unlock();
            }
        }
        completedAbruptly = false;
    } finally {
        processWorkerExit(w, completedAbruptly);
    }
}

下面看下具体的获取task的方法：getTask()

private Runnable getTask() {
    boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?

    for (;;) {
        int c = ctl.get();
        int rs = runStateOf(c);

        // Check if queue empty only if necessary.
        if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
            decrementWorkerCount();
            return null;
        }

        int wc = workerCountOf(c);

        // Are workers subject to culling?
        boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;

        if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
            && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
            if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
                return null;
            continue;
        }

        try {
            Runnable r = timed ?
                workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
                workQueue.take();
            if (r != null)
                return r;
            timedOut = true;
        } catch (InterruptedException retry) {
            timedOut = false;
        }
    }
}

getTask方法里是个死循环

A  boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;

B            Runnable r = timed ?

                workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :

                workQueue.take();

主要看这两行代码

A  首先是判断是否需要考虑超时

B  然后根据是否超时 来选择 从队列获取任务的方式

超时判断主要考虑 wc > corePoolSize 这个，即poolsize 与 corePoolSize比较

意思就是说，如果poolsize > corePoolSize ，说明当前线程可能是多余的空闲线程

     只会等待一定的间隔从队列获取任务数据

否则就会直接调用队列的非超时获取方法，就会一直阻塞，直到有数据为止

阻塞操作主要是加锁操作的阻塞

因此，线程池里的corePool线程，是通过队列的阻塞操作与不断的任务处理来维持其生命的

当然除去异常退出外