浅谈ThreadPoolExecutor的实现原理

本文详细解析了线程池的运作机制,包括任务分配、线程管理及资源回收过程。探讨了corePoolSize、workQueue和maximumPoolSize的作用,以及如何通过handler策略处理超出容量的任务。

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日常业务中我们常使用Executors的newFixedThreadPool去实现线程池,其内部实际上是对ThreadPoolExecutor进行了包装。

一个任务通过execute(Runnable)方法被添加到线程池,任务必须是一个 Runnable类型的对象,任务的执行方法就是调用Runnable类型对象的run()方法。当一个任务通过execute(Runnable)方法欲添加到线程池时,会做一下几步:
1. 如果此时线程池中的数量小于corePoolSize,即使线程池中的线程都处于空闲状态,也要创建新的线程来处理被添加的任务。
2. 如果此时线程池中的数量大于等于corePoolSize,但是缓冲队列 workQueue未满,那么任务被放入缓冲队列。
3. 如果此时线程池中的数量大于corePoolSize,缓冲队列workQueue满,并且线程池中的数量小于maximumPoolSize,建新的线程来处理添加的任务。
4. 如果此时线程池中的数量大于corePoolSize,缓冲队列workQueue满,并且线程池中的数量等于maximumPoolSize,那么通过 handler所指定的策略来处理此任务。也就是处理任务的优先级为:核心线程corePoolSize、任务队列workQueue、最大线程maximumPoolSize,如果三者都满了,使用handler处理被拒绝的任务。
5. 当线程池中的线程数量大于corePoolSize时,如果某线程空闲时间超过keepAliveTime,线程将被终止。这样,线程池可以动态的调整池中的线程数。
 

对于上面的描述需要分析下:

1.线程池新建时(执行Executors.newFixedThreadPool(coreSize)),其内部线程数为0,第一次执行execute(Runnable)方法,且corePoolSize>=1时才会新建线程。

2.newFixedThreadPool的缓冲队列使用的是LinkedBlockingQueue,默认长度为Integer.MAX_VALUE,所以这就是为什么其参数只有一个coreSize,即maximumPoolSize=coreSize。

3.其内部记录线程数量是通过定义一个AtomicInteger的ctl变量来记录,对其所有操作都是使用compareAndSet进行cas操作。

4.线程保存的容器是HashSet<Worker>类型的workers变量,释放线程时调用HashSet的remove方法,算是等待gc时回收。

5.在Worker(implements Runnable)的runWorker(Worker w) 中有段条件while(task != null || (task = getTask()) != null),线程会一直执行task任务,其中第一个表示开始绑定的Runnable(firstTask),后面的getTask()表示从队列workQueue里获取的Runnable。所以释放线程的实现并不是我之前想的搞个守护线程定时触发,而是通过阻塞队列的poll方法实现的(workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) )。


以上为个人理解,若有错误敬请斧正。。

 

### Java ThreadPoolExecutor 的工作机制与源码解析 #### 1. **核心概念** `ThreadPoolExecutor` 是 Java 中用于管理线程池的核心类之一。它通过一系列参数来控制线程的创建、销毁以及任务队列的行为[^1]。 主要参数包括: - `corePoolSize`: 线程池中的最小线程数。 - `maximumPoolSize`: 线程池允许的最大线程数量。 - `keepAliveTime`: 当前活动线程超过 corePoolSize 时,多余的空闲线程等待新任务的时间。 - `workQueue`: 存放待执行任务的阻塞队列。 - `threadFactory`: 创建线程的工厂对象。 - `handler`: 处理拒绝策略的对象。 这些参数共同决定了线程池的行为模式。 --- #### 2. **工作流程** 当提交一个任务到 `ThreadPoolExecutor` 时,其处理逻辑如下: - 如果当前运行的线程少于 `corePoolSize`,则会立即创建一个新的线程来执行该任务[^2]。 - 如果已达到 `corePoolSize` 并且任务队列未满,则将任务放入队列中等待执行。 - 若任务队列也满了,并且当前线程数小于 `maximumPoolSize`,则继续创建新的线程直到达到最大限制。 - 如果以上条件均不满足(即无法再创建更多线程),则触发拒绝策略。 这一过程体现了线程池对资源的有效管理和动态调整能力。 --- #### 3. **源码分析** 以下是 `execute(Runnable command)` 方法的关键部分实现: ```java public void execute(Runnable command) { if (command == null) throw new NullPointerException(); int c = ctl.get(); // 获取ctl状态 // 如果当前线程数小于corePoolSize, 则尝试新增线程并执行任务 if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { if (addWorker(command, true)) // 添加 worker 成功返回true return; c = ctl.get(); // 否则重新获取ctl状态 } // 尝试将任务加入队列 if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { int recheck = ctl.get(); // 需要再次确认线程池的状态是否仍然有效 if (! isRunning(recheck) && remove(command)) reject(command); else if (workerCountOf(recheck) == 0) addWorker(null, false); // 可能存在无工作者的情况 } // 如果队列已满或者添加失败,则增加临时线程 else if (!addWorker(command, false)) reject(command); // 执行拒绝策略 } ``` 上述代码展示了如何根据不同的条件决定任务的分配方式。其中涉及多个内部方法如 `addWorker`, `reject` 和 `offer` 来完成具体操作[^3]。 --- #### 4. **常见配置场景** 根据不同需求可以设置多种类型的线程池,例如固定大小(`FixedThreadPool`) 或缓存型 (`CachedThreadPool`)。每种类型都基于基础的 `ThreadPoolExecutor` 进行封装以适应特定用途。 --- #### 5. **注意事项** 在实际应用过程中需要注意以下几点: - 设置合理的 `corePoolSize` 和 `maximumPoolSize` 参数避免过度消耗内存或 CPU 资源。 - 使用合适的任务队列长度防止因堆积过多任务而导致性能下降甚至 OOM(OutOfMemoryError)[^4]。 - 定义清晰的拒绝策略以便应对极端情况下的异常处理。 ---
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