Java线程池核心代码

线程池

线程池内部结构及工作原理

拒绝策略4种

• AbordPolicy 抛出异常,默认的，无法接收任务,交给业务处理用的最多
• CallerRunsPolicy
• DiscardOldestPolicy 丢弃队列中最老的任务，再次尝试提交
• DiscardPolicy 直接丢弃

线程池状态

• RUUNING
• SHUTDOWN 调用shutdown，工作队列为空，线程为空 tiding。消费完后退出，提交会拒绝，获取独占锁，获取到代表空闲，
• STOP 调用shutdownnow 线程为空 转换为 tiding ，不检查独占锁，直接中断，空闲线程不管队列任务。检查是否为最后一个转换状态
• TIDYING 调用钩子方法 terminated方法
• TERMINATED

ThreadPoolExecutor

maximumPoolSize 最大工作线程数，获取不到任务时超过keepAliveTime回收

corePoolSize 核心工作线程数

• 当前线程池线程数量 < corePoolSize 创建worker
• 当前线程池线程数量 > coolPoolSize 放入队列
• 队列满了?工作线程数是否 > maximumPoolSize

AtomicInteger ctl

• 高3位，当前线程池状态
• 除去高3位的地位表示当前线程池中所拥有的的线程数量
• RUNNING < SHUTDOWN <STOP <TIDYING< TERMINATED
• 线程池中全局锁 ReentrantLock mainLock ，增加减少线程池工作线程数量，改变线程池运行状态
• allowCoreThreadTimeOut true 核心线程空间超过keepAlive也会回收，false，coresize意外的线程超过keepAlive 空闲会被回收

Worker

Worker extends AbstractQueuedSynchronizer implements Runnable

采用独占模式，worker工作中时，会加锁修改state值，外部线程可以通过这个lock状态知道worker是空闲还是忙碌

execute(Runnable command) 提交任务到线程池，创建工作线程

• ctl.get 判断当前线程数小于coresize 成立，addWorkder
  • 采用核心线程数创建worker，成功返回
  • 失败重新获取最新ctl值，存在并发现象，线程池状态发生改变，一般情况下只有RUNNING状态是addWorker会成功。SHUTDOWN状态下会成功的前提条件是 firstTask == null 而且当前 quene != null
• 判断线程池工作状态 && 添加任务到队列 workQueue.offer(command)
  • 前置条件，corePoolSize已达到，addWorker失败（多线程工作，coresize满了）
    • 当前线程池处于RUUNING状态，并且将任务放入队列中
      • 再次获取ctl
      • task提交队列后，线程池状态改变，需要删除任务
        • 成立，非RUNNING，任务出队成功
        • 判断当前工作线程数 == 0，担保，保证RUNNING状态下有最少一个线程在工作
  • 前置条件，offer 失败，线程状态非running
    • 尝试走maximumPoolSize
    • 非RUNNING状态addWorker并且command != null ，一定失败

addWorker(Runnable firstTask,boolean core)

• retry 自旋：判断当前线程池状态是否允许创建工作线程

  • 先获取ctl，根据clt查看当前线程池工作状态
  • 判断当前线程池状态是否允许添加工作线程
  • 内部自旋，获取令牌，cas ctl
    • 获取工作线程数，并判断当前工作线程数是否大于core | maximum
    • cas 工作线程数 +1
      • 成立，申请到一块令牌，跳出循环retry
      • 失败，说明其他线程已经修改过ctl的值了
    • 重新获取ctl值，判断当前线程池状态是否发生改变，返回到retry循环

• 初始化 两个boolean 变量，

  • workerstarted工作线程是否启动，
  • workeradd工作线程是否添加

• 创建worker，判断当前woker.thread != null

  • 获取全局所的赋值给mainLock,持有全局锁，会阻塞，线程池内部操作必须获取锁
  • 判断当前线程池状态，添加工作线程 workers.add(w)，判断是否成功添加
  • 解锁，判断workerAdded，启动线程
  • 添加worker失败做清理工作，释放令牌，workers.remove

• 失败的几种情况

  • 线程池状态rs > SHUTDOWN (STOP/TIDYING/TERMINATION)
  • rs == SHUTDOWN 但是队列中已经没有任务了 或者 当前状态是SHUTDOWN且队列未空，但是firstTask不为null
  • 当前线程池已经达到指定指标（coprePoolSize 或者 maximumPoolSIze
  • threadFactory 创建的线程是null

runWorker(Worker w)

• 调用 w.unlock ;这里为什么先调用unlock? 新建worker时候为-1，就是为了初始化worker state == 0 和 exclusiveOwnerThread ==null

• 自旋：自旋条件，task != null ,任务队列中获取任务成功（会阻塞）

  • 为什么要设置独占锁呢？shutdown时会判断当前worker状态，根据独占锁是否空闲来判断当前worker是否正在工作。
  • 根据线程池状态判断当前线程是否需要interrupt
  • task.run
  • task设置为空更新worker完成任务数量，释放锁

• completedAbruptly = false; etTask()方法返回null时，说明当前线程应该执行退出逻辑了。

• getTask()方法返回null时，processWorkerExit 说明当前线程应该执行退出逻辑了。

getTask()

• 自旋：

  • 获取最新ctl赋值给c

  • 获取当前线程池运行状态赋值给 rs

  • 1.线程池是RUNNING状态
    2.线程池是SHUTDOWN状态 但是队列还未空，此时可以创建线程。

  • 获取线程池中工作线程数量赋值给wc

  • 判断线程是否需要被回收

    • cas ctl -1 成功返回null
    • cas 失败
      • 其他线程先你一步退出了
      • 线程池状态发生变化

  • 判断已哪种方式获取队列中任务，超时方式，还是非超时方式，runnable为空证明超时赋值timedOut

总结：什么情况下会返回null

• rs >= STOP 成立说明：当前的状态最低也是STOP状态，一定要返回null了
• 前置条件 状态是 SHUTDOWN ，workQueue.isEmpty()
• 线程池中的线程数量 超过 最大限制时，会有一部分线程返回Null
• 线程池中的线程数超过corePoolSize时，会有一部分线程 超时后，返回null。

processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly)

• 是否异常退出 ctl -1
• 获取全局锁的引用加锁
• 将当前worker完成的任务数+= 全局completedTaskCount, workers.remove,并释放锁
• 获取最新ctl，判断当前线程状态是 running，shutdown状态
  • 正常的退出的线程
    • 退出前判断任务队列是否为空，保证线程池中有工作线程
  • 异常退出线程必须创建一个空任务线程

shutdown()

• 获取线程池全局锁
• 设置线程池装填为shutdown
• 中断空闲线程
  • 获取全局锁
  • 遍历workers，获取w.thread
    • 判断thread.isInterrupted && 获取到work的锁，说明当前worker处于空闲状态
    • 设置线程状态为，interrupt，释放锁
  • 释放全局锁

shutdownNow()

• 强制设置线程池状态
• 中断线程池中所有线程
  • 获取锁，遍历workers，调用thread.interruptStarted
  • 释放全局锁
• 导出未处理的task