Tomcat使用线程池处理远程并发请求的方法

通过了解学习tomcat如何处理并发请求，了解到线程池，锁，队列，unsafe类，下面的主要代码来自

java-jre：

sun.misc.unsafe
java.util.concurrent.threadpoolexecutor
java.util.concurrent.threadpoolexecutor.worker
java.util.concurrent.locks.abstractqueuedsynchronizer
java.util.concurrent.locks.abstractqueuedlongsynchronizer
java.util.concurrent.linkedblockingqueue

tomcat:

org.apache.tomcat.util.net.nioendpoint
org.apache.tomcat.util.threads.threadpoolexecutor
org.apache.tomcat.util.threads.taskthreadfactory
org.apache.tomcat.util.threads.taskqueue

threadpoolexecutor

是一个线程池实现类，管理线程，减少线程开销，可以用来提高任务执行效率，

构造方法中的参数有

public threadpoolexecutor(
 int corepoolsize,
 int maximumpoolsize,
 long keepalivetime,
 timeunit unit,
 blockingqueue<runnable> workqueue,
 threadfactory threadfactory,
 rejectedexecutionhandler handler) {
 
}

corepoolsize 是核心线程数
maximumpoolsize 是最大线程数
keepalivetime 非核心线程最大空闲时间（超过时间终止）
unit 时间单位
workqueue 队列，当任务过多时，先存放在队列
threadfactory 线程工厂，创建线程的工厂
handler 决绝策略，当任务数过多，队列不能再存放任务时，该如何处理，由此对象去处理。这是个接口，你可以自定义处理方式

threadpoolexecutor在tomcat中http请求的应用

此线程池是tomcat用来在接收到远程请求后，将每次请求单独作为一个任务去处理，每次调用execute(runnable)

初始化

org.apache.tomcat.util.net.nioendpoint

nioendpoint初始化的时候，创建了线程池

public void createexecutor() {
 internalexecutor = true;
 taskqueue taskqueue = new taskqueue();
 //taskqueue*队列，可以一直添加，因此handler 等同于无效
 taskthreadfactory tf = new taskthreadfactory(getname() + "-exec-", daemon, getthreadpriority());
 executor = new threadpoolexecutor(getminsparethreads(), getmaxthreads(), 60, timeunit.seconds,taskqueue, tf);
 taskqueue.setparent( (threadpoolexecutor) executor);
 }

在线程池创建时，调用prestartallcorethreads(), 初始化核心工作线程worker，并启动

public int prestartallcorethreads() {
 int n = 0;
 while (addworker(null, true))
  ++n;
 return n;
 }

当addworker 数量等于corepoolsize时，addworker(null,ture)会返回false,停止worker工作线程的创建

提交任务到队列

每次客户端过来请求（http），就会提交一次处理任务，

worker 从队列中获取任务运行，下面是任务放入队列的逻辑代码

threadpoolexecutor.execute(runnable) 提交任务：

public void execute(runnable command) {
 if (command == null)
  throw new nullpointerexception();
 
 int c = ctl.get();
 	// worker数 是否小于 核心线程数 tomcat中初始化后，一般不满足第一个条件，不会addworker
 if (workercountof(c) < corepoolsize) {
  if (addworker(command, true))
  return;
  c = ctl.get();
 }
 	// workqueue.offer(command)，将任务添加到队列，
 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);
 }

workqueue.offer(command) 完成了任务的提交(在tomcat处理远程http请求时)。

workqueue.offer

taskqueue 是 blockingqueue 具体实现类，workqueue.offer(command)实际代码：

public boolean offer(e e) {
 if (e == null) throw new nullpointerexception();
 final atomicinteger count = this.count;
 if (count.get() == capacity)
 return false;
 int c = -1;
 node<e> node = new node<e>(e);
 final reentrantlock putlock = this.putlock;
 putlock.lock();
 try {
 if (count.get() < capacity) {
  enqueue(node); //此处将任务添加到队列
  c = count.getandincrement();
  if (c + 1 < capacity)
  notfull.signal();
 }
 } finally {
 putlock.unlock();
 }
 if (c == 0)
 signalnotempty();
 return c >= 0;
}

// 添加任务到队列
/**
 * links node at end of queue.
 *
 * @param node the node
 */
private void enqueue(node<e> node) {
 // assert putlock.isheldbycurrentthread();
 // assert last.next == null;
 last = last.next = node; //链表结构 last.next = node; last = node
}

之后是worker的工作，worker在run方法中通过去gettask()获取此处提交的任务，并执行完成任务。

线程池如何处理新提交的任务

添加worker之后，提交任务，因为worker数量达到corepoolsize，任务都会将放入队列，而worker的run方法则是循环获取队列中的任务（不为空时），

worker run方法：

/** delegates main run loop to outer runworker */
 public void run() {
  runworker(this);
 }

循环获取队列中的任务

runworker(worker)方法 循环部分代码：

final void runworker(worker w) {
 thread wt = thread.currentthread();
 runnable task = w.firsttask;
 w.firsttask = null;
 w.unlock(); // allow interrupts
 boolean completedabruptly = true;
 try {
  while (task != null || (task = gettask()) != null) { //循环获取队列中的任务
  w.lock(); // 上锁
  try {
   // 运行前处理
   beforeexecute(wt, task);
   // 队列中的任务开始执行
   task.run();
   // 运行后处理
   afterexecute(task, thrown);
  } finally {
   task = null;
   w.completedtasks++;
   w.unlock(); // 释放锁
  }
  }
  completedabruptly = false;
 } finally {
  processworkerexit(w, completedabruptly);
 }
 }

task.run()执行任务

锁运用

threadpoolexecutor 使用锁主要保证两件事情，
1.给队列添加任务，保证其他线程不能操作队列
2.获取队列的任务，保证其他线程不能同时操作队列

给队列添加任务上锁

public boolean offer(e e) {
 if (e == null) throw new nullpointerexception();
 final atomicinteger count = this.count;
 if (count.get() == capacity)
  return false;
 int c = -1;
 node<e> node = new node<e>(e);
 final reentrantlock putlock = this.putlock;
 putlock.lock(); //上锁
 try {
  if (count.get() < capacity) {
  enqueue(node);
  c = count.getandincrement();
  if (c + 1 < capacity)
   notfull.signal();
  }
 } finally {
  putlock.unlock(); //释放锁
 }
 if (c == 0)
  signalnotempty();
 return c >= 0;
 }

 

获取队列任务上锁

private runnable gettask() {
 boolean timedout = false; // did the last poll() time out?
		// ...省略
 for (;;) {
  try {
  runnable r = timed ?
   workqueue.poll(keepalivetime, timeunit.nanoseconds) :
   workqueue.take(); //获取队列中一个任务
  if (r != null)
   return r;
  timedout = true;
  } catch (interruptedexception retry) {
  timedout = false;
  }
 }
 }
public e take() throws interruptedexception {
 e x;
 int c = -1;
 final atomicinteger count = this.count;
 final reentrantlock takelock = this.takelock;
 takelock.lockinterruptibly(); // 上锁
 try {
  while (count.get() == 0) {
  notempty.await(); //如果队列中没有任务，等待
  }
  x = dequeue();
  c = count.getanddecrement();
  if (c > 1)
  notempty.signal();
 } finally {
  takelock.unlock(); // 释放锁
 }
 if (c == capacity)
  signalnotfull();
 return x;
 }

volatile

在并发场景这个关键字修饰成员变量很常见，

主要目的公共变量在被某一个线程修改时，对其他线程可见（实时）

sun.misc.unsafe 高并发相关类

线程池使用中，有平凡用到unsafe类，这个类在高并发中，能做一些原子cas操作，锁线程，释放线程等。

sun.misc.unsafe 类是底层类，openjdk源码中有

原子操作数据

java.util.concurrent.locks.abstractqueuedsynchronizer 类中就有保证原子操作的代码

protected final boolean compareandsetstate(int expect, int update) {
 // see below for intrinsics setup to support this
 return unsafe.compareandswapint(this, stateoffset, expect, update);
 }

对应unsafe类的代码:

//对应的java底层，实际是native方法，对应c++代码
/**
* atomically update java variable to <tt>x</tt> if it is currently
* holding <tt>expected</tt>.
* @return <tt>true</tt> if successful
*/
public final native boolean compareandswapint(object o, long offset,
      int expected,
      int x);

方法的作用简单来说就是 更新一个值，保证原子性操作
当你要操作一个对象o的一个成员变量offset时,修改o.offset，
高并发下为保证准确性，你在操作o.offset的时候，读应该是正确的值，并且中间不能被别的线程修改来保证高并发的环境数据操作有效。

即 expected 期望值与内存中的值比较是一样的expected == 内存中的值 ，则更新值为 x，返回true代表修改成功

否则，期望值与内存值不同，说明值被其他线程修改过，不能更新值为x，并返回false，告诉操作者此次原子性修改失败。

阻塞和唤醒线程

public native void park(boolean isabsolute, long time); //阻塞当前线程

线程池的worker角色循环获取队列任务，如果队列中没有任务，worker.run 还是在等待的，不会退出线程，代码中用了notempty.await() 中断此worker线程，放入一个等待线程队列（区别去任务队列）；当有新任务需要时，再notempty.signal()唤醒此线程

底层分别是
unsafe.park() 阻塞当前线程
public native void park(boolean isabsolute, long time);

unsafe.unpark() 唤醒线程
public native void unpark(object thread);

这个操作是对应的，阻塞时，先将thread放入队列，唤醒时，从队列拿出被阻塞的线程，unsafe.unpark(thread)唤醒指定线程。

java.util.concurrent.locks.abstractqueuedlongsynchronizer.conditionobject 类中

通过链表存放线程信息

// 添加一个阻塞线程
private node addconditionwaiter() {
  node t = lastwaiter;
  // if lastwaiter is cancelled, clean out.
  if (t != null && t.waitstatus != node.condition) {
  unlinkcancelledwaiters();
  t = lastwaiter;
  }
  node node = new node(thread.currentthread(), node.condition);
  if (t == null)
  firstwaiter = node;
  else
  t.nextwaiter = node;
  lastwaiter = node; //将新阻塞的线程放到链表尾部
  return node;
 }

// 拿出一个被阻塞的线程
 public final void signal() {
  if (!isheldexclusively())
  throw new illegalmonitorstateexception();
  node first = firstwaiter; //链表中第一个阻塞的线程
  if (first != null)
  dosignal(first);
 }

// 拿到后，唤醒此线程
final boolean transferforsignal(node node) {
  locksupport.unpark(node.thread);
 return true;
 }
public static void unpark(thread thread) {
 if (thread != null)
  unsafe.unpark(thread);
 }

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