Executors线程池

本文讨论了Java线程使用中常见的问题,如频繁创建销毁线程导致的CPU开销。Java提供了四种线程池类型:newFixedThreadPool、newSingleThreadExecutor、newCachedThreadPool和newScheduledThreadPool。详细解释了线程复用的原理,通过共享队列AQS和LinkedBlockingQueue实现任务获取。同时,介绍了线程池的拒绝策略以及ExecutorService.execute()的底层执行机制。

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线程使用上的常见问题

  • new Thread().start()
  1. 线程的繁忙创建和销毁
  2. 线程的数据过多,会导致CPU资源的上下文切换开销问题

java中提供的四种常见的线程池

  1. newFixedThreadPool :固定线程数量
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
  1. newSingleThreadExecutor :只有一个线程的线程池
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                threadFactory));
}
  1. newCachedThreadPool :可缓存的线程池 -> 理论上说有多少个请求就可以创建多少个线程来处理
public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue<Runnable>(),
                                  threadFactory);
}
  1. newScheduledThreadPool :提供指定周期执行的线程池
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

实现线程复用原理拆解

  • 实现线程重复使用的唯一方法就是让线程一直运行中
  • 线程一直运行中如何获取新的任务呢,【可以使用共享队列AQS,让所有线程从里面获取任务】
  • 考虑到如果没有任务的时候让线程停止,避免浪费cpu。有任务唤醒,没有任务着阻塞,类似一个生产者和消费者关系【可以使用LinkedBlockingQueue,获取任务】
  • 拒绝策略:在队列已满的情况下如何处理
    在这里插入图片描述

ExecutorService.execute() 底层原理

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    int c = ctl.get();    // 获取当前线程池创建线程
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {    // 判断是否创建完所有核心线程
        if (addWorker(command, true))    // 添加工作线程,并执行任务
            return;
        c = ctl.get();
    }
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {    // workQueue.offer 添加到阻塞队列当中
        int recheck = ctl.get();    // 如果阻塞队列满了,获取当前线程池中线程数量
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))    // 等待队列当中清除任务
            reject(command);    //拒绝策略
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    else if (!addWorker(command, false))    // 队列已满,最大线程数扩容数量
        reject(command);    // //拒绝策略
}
// 将任务添加到等待队列当中
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
    retry:
    for (;;) {
        int c = ctl.get();
        int rs = runStateOf(c);

        // 检查队列是否为空,或任务为空
        if (rs >= SHUTDOWN &&
            ! (rs == SHUTDOWN &&
               firstTask == null &&
               ! workQueue.isEmpty()))
            return false;

        for (;;) {
            int wc = workerCountOf(c);
            if (wc >= CAPACITY ||
                wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))    // 判断当前线程数量是否已满
                return false;
            if (compareAndIncrementWorkerCount(c))    // 通过cas修改线程池核心数
                break retry;    // 修改成功跳出当前循环
            c = ctl.get();  // Re-read ctl
            if (runStateOf(c) != rs)
                continue retry;
            // 否则CAS由于workerCount更改而失败;重试内循环
        }
    }
    //初始化工作线程
    boolean workerStarted = false;
    boolean workerAdded = false;
    Worker w = null;
    try {
        w = new Worker(firstTask);    // 创建线程
        final Thread t = w.thread;
        if (t != null) {
            final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
            mainLock.lock();
            try {
                // Recheck while holding lock.
                // Back out on ThreadFactory failure or if
                // shut down before lock acquired.
                int rs = runStateOf(ctl.get());

                if (rs < SHUTDOWN ||
                    (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                    if (t.isAlive()) // 检查是否可以启动当前线程线程
                        throw new IllegalThreadStateException();
                    workers.add(w);    // 将当前线程添加set线程队列当中
                    int s = workers.size();
                    if (s > largestPoolSize)
                        largestPoolSize = s;    // 重新更新largestPoolSize
                    workerAdded = true;    //添加成功
                }
            } finally {
                mainLock.unlock();
            }
            if (workerAdded) {    // 添加成功并启动线程
                t.start();
                workerStarted = true;
            }
        }
    } finally {
        if (! workerStarted)    // 添加失败,回滚
            addWorkerFailed(w);
    }
    return workerStarted;
}

线程run方法

// 线程启动后执行的任务run方法
public void run() {
    runWorker(this);
}
final void runWorker(Worker w) {
    Thread wt = Thread.currentThread();
    Runnable task = w.firstTask;    // 获取当前线程的任务
    w.firstTask = null;
    w.unlock(); // allow interrupts
    boolean completedAbruptly = true;
    try {
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {    // 任务不为空
            w.lock();
            // 如果pool正在停止,确保线程被中断
            // 如果不是,确保线程不被中断。
            // 这需要在第二种情况下重新检查处理shutdownNow在清除中断时运行
            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();    // 执行任务
                } 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;    // 执行完毕
                w.completedTasks++;
                w.unlock();
            }
        }
        completedAbruptly = false;
    } finally {
        processWorkerExit(w, completedAbruptly);
    }
}
// 在任务等待队列种获取任务,如果在指定时间未获取任务着释放当前无用线程
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())) {    // 检查队列是否为空,如果为空,将当前线程释放掉
            decrementWorkerCount();
            return null;
        }

        int wc = workerCountOf(c);

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

        if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))    // 如果当前线程数过大,或者长时间未使用,队列为空,着释放当前线程
            && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
            if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
                return null;
            continue;
        }

        try {
            // 在AQS任务队列人拿任务,如果未拿到任务着阻塞等待
            Runnable r = timed ?
                workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
                workQueue.take();
            if (r != null)
                return r;
            timedOut = true;
        } catch (InterruptedException retry) {
            timedOut = false;
        }
    }
}
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