多線程編程中,爲每一個任務分配一個線程是不現實的,線程建立的開銷和資源消耗都是很高的。線程池應運而生,成爲咱們管理線程的利器。Java 經過Executor
接口,提供了一種標準的方法將任務的提交過程和執行過程解耦開來,並用Runnable
表示任務。html
下面,咱們來分析一下 Java 線程池框架的實現ThreadPoolExecutor
。java
下面的分析基於JDK1.7nginx
ThreadPoolExecutor
中,使用CAPACITY
的高3位來表示運行狀態,分別是:編程
RUNNING:接收新任務,而且處理任務隊列中的任務swift
SHUTDOWN:不接收新任務,可是處理任務隊列的任務緩存
STOP:不接收新任務,不出來任務隊列,同時中斷全部進行中的任務多線程
TIDYING:全部任務已經被終止,工做線程數量爲 0,到達該狀態會執行terminated()
框架
TERMINATED:terminated()
執行完畢ide
狀態轉換圖函數
ThreadPoolExecutor
中用原子類來表示狀態位
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
corePoolSize
:最小存活的工做線程數量(若是設置allowCoreThreadTimeOut
,那麼該值爲 0)
maximumPoolSize
:最大的線程數量,受限於CAPACITY
keepAliveTime
:對應線程的存活時間,時間單位由TimeUnit指定
workQueue
:工做隊列,存儲待執行的任務
RejectExecutionHandler
:拒絕策略,線程池滿後會觸發
線程池的最大容量:CAPACITY
中的前三位用做標誌位,也就是說工做線程的最大容量爲(2^29)-1
CachedThreadPool
:一個可緩存的線程池,若是線程池的當前規模超過了處理需求時,那麼將回收空閒的線程,當需求增長時,則能夠添加新的線程,線程池的規模不存在任何的限制。
FixedThreadPool
:一個固定大小的線程池,提交一個任務時就建立一個線程,直到達到線程池的最大數量,這時線程池的大小將再也不變化。
SingleThreadPool
:一個單線程的線程池,它只有一個工做線程來執行任務,能夠確保按照任務在隊列中的順序來串行執行,若是這個線程異常結束將建立一個新的線程來執行任務。
ScheduledThreadPool
:一個固定大小的線程池,而且以延遲或者定時的方式來執行任務,相似於Timer。
核心邏輯:
當前線程數量 < corePoolSize
,直接開啓新的核心線程執行任務addWorker(command, true)
當前線程數量 >= corePoolSize
,且任務加入工做隊列成功
檢查線程池當前狀態是否處於RUNNING
若是否,則拒絕該任務
若是是,判斷當前線程數量是否爲 0,若是爲 0,就增長一個工做線程。
開啓普通線程執行任務addWorker(command, false)
,開啓失敗就拒絕該任務
從上面的分析能夠總結出線程池運行的四個階段:
poolSize < corePoolSize
且隊列爲空,此時會新建線程來處理提交的任務
poolSize == corePoolSize
,此時提交的任務進入工做隊列,工做線程從隊列中獲取任務執行,此時隊列不爲空且未滿。
poolSize == corePoolSize
,而且隊列已滿,此時也會新建線程來處理提交的任務,可是poolSize < maxPoolSize
poolSize == maxPoolSize
,而且隊列已滿,此時會觸發拒絕策略
前面咱們提到任務沒法執行會被拒絕,RejectedExecutionHandler
是處理被拒絕任務的接口。下面是四種拒絕策略。
AbortPolicy
:默認策略,終止任務,拋出RejectedException
CallerRunsPolicy
:在調用者線程執行當前任務,不拋異常
DiscardPolicy
: 拋棄策略,直接丟棄任務,不拋異常
DiscardOldersPolicy
:拋棄最老的任務,執行當前任務,不拋異常
Worker
繼承了AbstractQueuedSynchronizer
和Runnable
,前者給Worker
提供鎖的功能,後者執行工做線程的主要方法runWorker(Worker w)
(從任務隊列撈任務執行)。Worker 引用存在workers
集合裏面,用mainLock
守護。
private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();
下面是簡化的邏輯,注意:每一個工做線程的run
都執行下面的函數
final void runWorker(Worker w) { Thread wt = Thread.currentThread(); Runnable task = w.firstTask; w.firstTask = null; while (task != null || (task = getTask()) != null) { w.lock(); beforeExecute(wt, task); task.run(); afterExecute(task, thrown); w.unlock(); } processWorkerExit(w, completedAbruptly); }
從getTask()
中獲取任務
鎖住 worker
執行beforeExecute(wt, task)
,這是ThreadPoolExecutor
提供給子類的擴展方法
運行任務,若是該worker有配置了首次任務,則先執行首次任務且只執行一次。
執行afterExecute(task, thrown);
解鎖 worker
若是獲取到的任務爲 null,關閉 worker
線程池內部的任務隊列是一個阻塞隊列,具體實如今構造時傳入。
private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;
getTask()
從任務隊列中獲取任務,支持阻塞和超時等待任務,四種狀況會致使返回null
,讓worker
關閉。
現有的線程數量超過最大線程數量
線程池處於STOP
狀態
線程池處於SHUTDOWN
狀態且工做隊列爲空
線程等待任務超時,且線程數量超過保留線程數量
核心邏輯:根據timed
在阻塞隊列上超時等待或者阻塞等待任務,等待任務超時會致使工做線程被關閉。
timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;Runnable r = timed ? workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) : workQueue.take();
在如下兩種狀況下等待任務會超時:
容許核心線程等待超時,即allowCoreThreadTimeOut(true)
當前線程是普通線程,此時wc > corePoolSize
工做隊列使用的是BlockingQueue
,這裏就不展開了,後面再寫一篇詳細的分析。
ThreadPoolExecutor
基於生產者-消費者模式,提交任務的操做至關於生產者,執行任務的線程至關於消費者。
Executors
提供了四種基於ThreadPoolExecutor
構造線程池模型的方法,除此以外,咱們還能夠直接繼承ThreadPoolExecutor
,重寫beforeExecute
和afterExecute
方法來定製線程池任務執行過程。
使用有界隊列仍是×××隊列須要根據具體狀況考慮,工做隊列的大小和線程的數量也是須要好好考慮的。
拒絕策略推薦使用CallerRunsPolicy
,該策略不會拋棄任務,也不會拋出異常,而是將任務回退到調用者線程中執行。