java并发编程(十七)----(线程池)java线程池架构和原理
来源:互联网 发布:淘宝怎么发链接充话费 编辑:程序博客网 时间:2024/06/07 03:35
前面我们简单介绍了线程池的使用,但是对于其如何运行我们还不清楚,Executors为我们提供了简单的线程工厂类,但是我们知道ThreadPoolExecutor是线程池的具体实现类。我们先从他开始分析。
1. ThreadPoolExecutor初探
ThreadPoolExecutor一共有3个构造方法,我们来看一下其中看起来比较复杂的这个:
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; this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime); this.threadFactory = threadFactory; this.handler = handler; }
看起来参数是挺多的,我们不妨耐心看看参数都是什么意思:
corePoolSize:核心池的大小,默认情况下,在创建了线程池后,线程池中的线程数为0,当有任务来之后,就会创建一个线程去执行任务,当线程池中的线程数目达到corePoolSize后,就会把到达的任务放到缓存队列当中;
maximumPoolSize:线程池最大线程数,它表示在线程池中最多能创建多少个线程;
keepAliveTime:表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。默认情况下,只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时,keepAliveTime才会起作用,直到线程池中的线程数不大于corePoolSize,即当线程池中的线程数大于corePoolSize时,如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime,则会终止,直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。
unit:参数keepAliveTime的时间单位,有7种取值,在TimeUnit类中有7种静态属性:
TimeUnit.DAYS; //天TimeUnit.HOURS; //小时TimeUnit.MINUTES; //分钟TimeUnit.SECONDS; //秒TimeUnit.MILLISECONDS; //毫秒TimeUnit.MICROSECONDS; //微妙TimeUnit.NANOSECONDS; //纳秒
workQueue:一个阻塞队列,用来存储等待执行的任务,这个参数的选择也很重要,会对线程池的运行过程产生重大影响,一般来说,这里的阻塞队列有以下几种选择:
ArrayBlockingQueue;LinkedBlockingQueue;SynchronousQueue;
threadFactory:是构造Thread的方法,你可以自己去包装和传递,主要实现newThread方法即可;
handler:表示当拒绝处理任务时的策略,也就是参数maximumPoolSize达到后丢弃处理的方法,java提供了4种丢弃处理的方法,当然你也可以自己根据实际情况去重写,主要是要实现接口:RejectedExecutionHandler中的方法: public void rejectedExecution(Runnabler, ThreadPoolExecutor e) java默认的是使用:AbortPolicy,他的作用是当出现这中情况的时候会抛出一个异常;有以下四种取值:
①ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
②ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy:也是丢弃任务,但是不抛出异常。
③ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy:丢弃队列最前面的任务,然后重新尝试执行任务(重复此过程)
④ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy:由调用线程处理该任务
上面说了ThreadPoolExecutor的构造方法,我们继续看他的类的关系:
public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {}
由源码我们看出ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService类,我们知道AbstractExecutorService是一个抽象类,它实现了ExecutorService接口。AbstractExecutorService存在的目的是为ExecutorService中的函数接口提供了默认实现。
public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService {}
由上我们知道AbstractExecutorService又实现了ExecutorService接口,而ExecutorService是Executor实现类的最直接接口。
public interface ExecutorService extends Executor {}
由此我们似乎可以明白他们之间的关系:
- Executor是一个顶层接口,在它里面只声明了一个方法execute(Runnable);
- ExecutorService接口继承了Executor接口,并声明了一些方法:submit、invokeAll、invokeAny以及shutDown等;
- 抽象类AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口,基本实现了ExecutorService中声明的所有方法;
- ThreadPoolExecutor继承了类AbstractExecutorService,成为线程池的具体实现类。
2. 线程池的实现
上面我们从ThreadPoolExecutor的构造方法出发提到了线程池的状态,执行,初始化,排队策略等等,下面我们就从这些方面入手,看看线程池的原理。
线程池初始化
默认情况下,创建线程池之后,线程池中是没有线程的,需要提交任务(execute或者submit)之后才会创建线程。在实际中如果需要线程池创建之后立即创建线程,可以通过以下两个方法办到:
- prestartCoreThread():初始化一个核心线程
- prestartAllCoreThreads():初始化所有核心线程
下面是这两个方法的实现:
public boolean prestartCoreThread() { return workerCountOf(ctl.get()) < corePoolSize && addWorker(null, true);}
-----------------------------------------------------
public int prestartAllCoreThreads() { int n = 0; while (addWorker(null, true)) ++n; return n;}
-----------------------------------------------------
我们注意到上面两个方法都调用了addWorker方法,我们看一下实现:
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) { retry: for (;;) { int c = ctl.get(); int rs = runStateOf(c); // Check if queue empty only if necessary. if (rs >= SHUTDOWN && ! (rs == SHUTDOWN && firstTask == null && ! workQueue.isEmpty())) return false; for (;;) { int wc = workerCountOf(c); if (wc >= CAPACITY || wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)) return false; if (compareAndIncrementWorkerCount(c)) break retry; c = ctl.get(); // Re-read ctl 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; try { final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; w = new Worker(firstTask); final Thread t = w.thread; if (t != null) { mainLock.lock(); try { // Recheck while holding lock. // Back out on ThreadFactory failure or if // shut down before lock acquired. int c = ctl.get(); int rs = runStateOf(c); if (rs < SHUTDOWN || (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) { if (t.isAlive()) // precheck that t is startable throw new IllegalThreadStateException(); workers.add(w); int s = workers.size(); if (s > largestPoolSize) largestPoolSize = s; workerAdded = true; } } finally { mainLock.unlock(); } if (workerAdded) { t.start(); workerStarted = true; } } } finally { if (! workerStarted) addWorkerFailed(w); } return workerStarted; }
这个方法还是挺好理解:上面的retry是对当前线程池状态进行检查,如果当前线程池未初始化或者未分配则返回false;
往下是初始化firstTask,我们看到在56行把初始化的firstTask加入workers集合,该集合定义为:
private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();
集合中包含当前所有的工作线程。
看完addWorker的实现,那么上面的prestartCoreThread和prestartAllCoreThreads我们就很好理解,前一个是向当前工作线程池中加入一个工作线程,后一个是循环N次。
线程池的执行
通常你得到线程池后,会调用其中的:submit方法或execute方法去操作;其实你会发现,submit方法最终会调用execute方法来进行操作,只是他提供了一个Future来托管返回值的处理而已,当你调用需要有返回值的信息时,你用它来处理是比较好的;这个Future会包装对Callable信息,并定义一个Sync对象(),当你发生读取返回值的操作的时候,会通过Sync对象进入锁,直到有返回值的数据通知。
我们先看一下submit方法的源码:
public Future<?> submit(Runnable task) { if (task == null) throw new NullPointerException(); RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null); execute(ftask); return ftask; }
我们看到在源码的第4行实际上是调用了execute()方法来处理包装的RunnableFuture。下面是execute方法的源码:
public void execute(Runnable command) { if (command == null) throw new NullPointerException(); int c = ctl.get(); if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { if (addWorker(command, true)) return; c = ctl.get(); } if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { int recheck = ctl.get(); if (! isRunning(recheck) && remove(command)) reject(command); else if (workerCountOf(recheck) == 0) addWorker(null, false); } else if (!addWorker(command, false)) reject(command);}
第一个if为非空判断;
第二个if中的workerCountOf()方法拿到ctl中存储的当前线程总数,如果小于corePoolSize,那么就会走到addWorker()方法中,如果成功创建了Worker的话,那么返回true,直接return,否则重新通过cas拿一次c;
第三个if中判断当前的线程池是否处于RUNNING状态,如果是,并且workQueue.offer加入队列成功话,那么就重新拿出来一次ctl,再判断如果加入队列之后,线程池如果不是处于RUNNING的状态,并且从队列中remove成功的话,那么就会执行reject操作;判断当前线程数是否为0,如果为0的话,那么就调用addWorker(null,false),否则如果非Running状态或者加入队列失败的话,那么就会调用addWorker(command,false)如果返回false,说明没有添加成功,就会执行reject操作。
任务缓存队列
我们还记得ThreadPoolExecutor的构造函数中有一个参数workQueue,它用来存放等待执行的任务。
workQueue的类型为BlockingQueue,通常可以取下面三种类型:
1)ArrayBlockingQueue:基于数组的先进先出队列,此队列创建时必须指定大小;
2)LinkedBlockingQueue:基于链表的先进先出队列,如果创建时没有指定此队列大小,则默认为Integer.MAX_VALUE;
3)synchronousQueue:这个队列比较特殊,它不会保存提交的任务,而是将直接新建一个线程来执行新来的任务。
线程池的关闭
ThreadPoolExecutor提供了两个方法,用于线程池的关闭,分别是shutdown()和shutdownNow(),其中:
- shutdown():不会立即终止线程池,而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止,但再也不会接受新的任务
- shutdownNow():立即终止线程池,并尝试打断正在执行的任务,并且清空任务缓存队列,返回尚未执行的任务
线程池容量的动态调整
ThreadPoolExecutor提供了动态调整线程池容量大小的方法:setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize()
setCorePoolSize:设置核心池大小
setMaximumPoolSize:设置线程池最大能创建的线程数目大小
当上述参数从小变大时,ThreadPoolExecutor进行线程赋值,还可能立即创建新的线程来执行任务。
下面我们看一个小例子:
public class ThreadPoolExecutorTest { private static int produceTaskSleepTime = 2; private static int produceTaskMaxNumber = 10; public static void main(String[] args) { // 构造一个线程池 ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 4, 3, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(3), new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()); for (int i = 1; i <= produceTaskMaxNumber; i++) { try { String task = "task-- " + i; System.out.println("创建任务并提交到线程池中:" + task); threadPool.execute(new ThreadPoolTask(task)); System.out.println("线程池中线程数目:"+threadPool.getPoolSize()+",队列中等待执行的任务数目:"+ threadPool.getQueue().size()+",已执行完毕的任务数目:"+threadPool.getCompletedTaskCount()); Thread.sleep(produceTaskSleepTime); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }}class ThreadPoolTask implements Runnable, Serializable { private Object attachData; ThreadPoolTask(Object tasks) { this.attachData = tasks; } public void run() { System.out.println("开始执行任务:" + attachData); attachData = null; } public Object getTask() { return this.attachData; }}
结果为:
创建任务并提交到线程池中:task-- 1开始执行任务:task-- 1线程池中线程数目:1,队列中等待执行的任务数目:0,已执行完毕的任务数目:0创建任务并提交到线程池中:task-- 2线程池中线程数目:2,队列中等待执行的任务数目:0,已执行完毕的任务数目:1开始执行任务:task-- 2创建任务并提交到线程池中:task-- 3线程池中线程数目:2,队列中等待执行的任务数目:1,已执行完毕的任务数目:2开始执行任务:task-- 3创建任务并提交到线程池中:task-- 4线程池中线程数目:2,队列中等待执行的任务数目:1,已执行完毕的任务数目:3开始执行任务:task-- 4创建任务并提交到线程池中:task-- 5线程池中线程数目:2,队列中等待执行的任务数目:1,已执行完毕的任务数目:4开始执行任务:task-- 5创建任务并提交到线程池中:task-- 6线程池中线程数目:2,队列中等待执行的任务数目:1,已执行完毕的任务数目:5开始执行任务:task-- 6创建任务并提交到线程池中:task-- 7线程池中线程数目:2,队列中等待执行的任务数目:1,已执行完毕的任务数目:6开始执行任务:task-- 7创建任务并提交到线程池中:task-- 8线程池中线程数目:2,队列中等待执行的任务数目:1,已执行完毕的任务数目:7开始执行任务:task-- 8创建任务并提交到线程池中:task-- 9开始执行任务:task-- 9线程池中线程数目:2,队列中等待执行的任务数目:0,已执行完毕的任务数目:8创建任务并提交到线程池中:task-- 10开始执行任务:task-- 10线程池中线程数目:2,队列中等待执行的任务数目:0,已执行完毕的任务数目:9
由结果我们可以看到当线程池中线程的数目大于2时,便将任务放入任务缓存队列里面,当任务缓存队列满了之后,便创建新的线程。
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