Java concurrency线程池之线程池原理(二)_动力节点Java学院整理

线程池示例

在分析线程池之前，先看一个简单的线程池示例。

import java.util.concurrent.executors;
import java.util.concurrent.executorservice;

public class threadpooldemo1 {

  public static void main(string[] args) {
    // 创建一个可重用固定线程数的线程池
    executorservice pool = executors.newfixedthreadpool(2);
    // 创建实现了runnable接口对象，thread对象当然也实现了runnable接口
    thread ta = new mythread();
    thread tb = new mythread();
    thread tc = new mythread();
    thread td = new mythread();
    thread te = new mythread();
    // 将线程放入池中进行执行
    pool.execute(ta);
    pool.execute(tb);
    pool.execute(tc);
    pool.execute(td);
    pool.execute(te);
    // 关闭线程池
    pool.shutdown();
  }
}

class mythread extends thread {

  @override
  public void run() {
    system.out.println(thread.currentthread().getname()+ " is running.");
  }
}

运行结果：

pool-1-thread-1 is running.
pool-1-thread-2 is running.
pool-1-thread-1 is running.
pool-1-thread-2 is running.
pool-1-thread-1 is running.

示例中，包括了线程池的创建，将任务添加到线程池中，关闭线程池这3个主要的步骤。稍后，我们会从这3个方面来分析threadpoolexecutor。 

线程池源码分析

(一) 创建“线程池”

下面以newfixedthreadpool()介绍线程池的创建过程。

1. newfixedthreadpool()

newfixedthreadpool()在executors.java中定义，源码如下：

public static executorservice newfixedthreadpool(int nthreads) {
  return new threadpoolexecutor(nthreads, nthreads,
     0l, timeunit.milliseconds,
     new linkedblockingqueue<runnable>());
}

说明：newfixedthreadpool(int nthreads)的作用是创建一个线程池，线程池的容量是nthreads。
         newfixedthreadpool()在调用threadpoolexecutor()时，会传递一个linkedblockingqueue()对象，而linkedblockingqueue是单向链表实现的阻塞队列。在线程池中，就是通过该阻塞队列来实现"当线程池中任务数量超过允许的任务数量时，部分任务会阻塞等待"。
关于linkedblockingqueue的实现细节，读者可以参考"java多线程系列--“juc集合”08之 linkedblockingqueue"。 

2. threadpoolexecutor()

threadpoolexecutor()在threadpoolexecutor.java中定义，源码如下：

public threadpoolexecutor(int corepoolsize,
             int maximumpoolsize,
             long keepalivetime,
             timeunit unit,
             blockingqueue<runnable> workqueue) {
  this(corepoolsize, maximumpoolsize, keepalivetime, unit, workqueue,
     executors.defaultthreadfactory(), defaulthandler);
}

说明：该函数实际上是调用threadpoolexecutor的另外一个构造函数。该函数的源码如下：

public threadpoolexecutor(int corepoolsize,
             int maximumpoolsize,
             long keepalivetime,
             timeunit unit,
             blockingqueue<runnable> workqueue,
             threadfactory threadfactory,
             rejectedexecutionhandler handler) {
  if (corepoolsize < 0 ||
    maximumpoolsize <= 0 ||
    maximumpoolsize < corepoolsize ||
    keepalivetime < 0)
    throw new illegalargumentexception();
  if (workqueue == null || threadfactory == null || handler == null)
    throw new nullpointerexception();
  // 核心池大小
  this.corepoolsize = corepoolsize;
  // 最大池大小
  this.maximumpoolsize = maximumpoolsize;
  // 线程池的等待队列
  this.workqueue = workqueue;
  this.keepalivetime = unit.tonanos(keepalivetime);
  // 线程工厂对象
  this.threadfactory = threadfactory;
  // 拒绝策略的句柄
  this.handler = handler;
}

说明：在threadpoolexecutor()的构造函数中，进行的是初始化工作。
corepoolsize, maximumpoolsize, unit, keepalivetime和workqueue这些变量的值是已知的，它们都是通过newfixedthreadpool()传递而来。下面看看threadfactory和handler对象。 

2.1 threadfactory

线程池中的threadfactory是一个线程工厂，线程池创建线程都是通过线程工厂对象(threadfactory)来完成的。
上面所说的threadfactory对象，是通过 executors.defaultthreadfactory()返回的。executors.java中的defaultthreadfactory()源码如下：

public static threadfactory defaultthreadfactory() {
  return new defaultthreadfactory();
}

defaultthreadfactory()返回defaultthreadfactory对象。executors.java中的defaultthreadfactory()源码如下：

 static class defaultthreadfactory implements threadfactory {
  private static final atomicinteger poolnumber = new atomicinteger(1);
  private final threadgroup group;
  private final atomicinteger threadnumber = new atomicinteger(1);
  private final string nameprefix;

  defaultthreadfactory() {
    securitymanager s = system.getsecuritymanager();
    group = (s != null) ? s.getthreadgroup() :
               thread.currentthread().getthreadgroup();
    nameprefix = "pool-" +
           poolnumber.getandincrement() +
           "-thread-";
  }

  // 提供创建线程的api。
  public thread newthread(runnable r) {
    // 线程对应的任务是runnable对象r
    thread t = new thread(group, r,
               nameprefix + threadnumber.getandincrement(),
               0);
    // 设为“非守护线程”
    if (t.isdaemon())
      t.setdaemon(false);
    // 将优先级设为“thread.norm_priority”
    if (t.getpriority() != thread.norm_priority)
      t.setpriority(thread.norm_priority);
    return t;
  }
}

说明：threadfactory的作用就是提供创建线程的功能的线程工厂。
         它是通过newthread()提供创建线程功能的，下面简单说说newthread()。newthread()创建的线程对应的任务是runnable对象，它创建的线程都是“非守护线程”而且“线程优先级都是thread.norm_priority”。 

2.2 rejectedexecutionhandler

handler是threadpoolexecutor中拒绝策略的处理句柄。所谓拒绝策略，是指将任务添加到线程池中时，线程池拒绝该任务所采取的相应策略。
线程池默认会采用的是defaulthandler策略，即abortpolicy策略。在abortpolicy策略中，线程池拒绝任务时会抛出异常！
defaulthandler的定义如下：

private static final rejectedexecutionhandler defaulthandler = new abortpolicy();
abortpolicy的源码如下：

public static class abortpolicy implements rejectedexecutionhandler {
  public abortpolicy() { }

  // 抛出异常
  public void rejectedexecution(runnable r, threadpoolexecutor e) {
    throw new rejectedexecutionexception("task " + r.tostring() +
                       " rejected from " +
                       e.tostring());
  }
}

(二) 添加任务到“线程池”

1. execute()

execute()定义在threadpoolexecutor.java中，源码如下：

public void execute(runnable command) {
  // 如果任务为null，则抛出异常。
  if (command == null)
    throw new nullpointerexception();
  // 获取ctl对应的int值。该int值保存了"线程池中任务的数量"和"线程池状态"信息
  int c = ctl.get();
  // 当线程池中的任务数量 < "核心池大小"时，即线程池中少于corepoolsize个任务。
  // 则通过addworker(command, true)新建一个线程，并将任务(command)添加到该线程中；然后，启动该线程从而执行任务。
  if (workercountof(c) < corepoolsize) {
    if (addworker(command, true))
      return;
    c = ctl.get();
  }
  // 当线程池中的任务数量 >= "核心池大小"时，
  // 而且，"线程池处于允许状态"时，则尝试将任务添加到阻塞队列中。
  if (isrunning(c) && workqueue.offer(command)) {
    // 再次确认“线程池状态”，若线程池异常终止了，则删除任务；然后通过reject()执行相应的拒绝策略的内容。
    int recheck = ctl.get();
    if (! isrunning(recheck) && remove(command))
      reject(command);
    // 否则，如果"线程池中任务数量"为0，则通过addworker(null, false)尝试新建一个线程，新建线程对应的任务为null。
    else if (workercountof(recheck) == 0)
      addworker(null, false);
  }
  // 通过addworker(command, false)新建一个线程，并将任务(command)添加到该线程中；然后，启动该线程从而执行任务。
  // 如果addworker(command, false)执行失败，则通过reject()执行相应的拒绝策略的内容。
  else if (!addworker(command, false))
    reject(command);
}

说明：execute()的作用是将任务添加到线程池中执行。它会分为3种情况进行处理：
        情况1 -- 如果"线程池中任务数量" < "核心池大小"时，即线程池中少于corepoolsize个任务；此时就新建一个线程，并将该任务添加到线程中进行执行。
        情况2 -- 如果"线程池中任务数量" >= "核心池大小"，并且"线程池是允许状态"；此时，则将任务添加到阻塞队列中阻塞等待。在该情况下，会再次确认"线程池的状态"，如果"第2次读到的线程池状态"和"第1次读到的线程池状态"不同，则从阻塞队列中删除该任务。
        情况3 -- 非以上两种情况。在这种情况下，尝试新建一个线程，并将该任务添加到线程中进行执行。如果执行失败，则通过reject()拒绝该任务。

2. addworker()

addworker()的源码如下：

private boolean addworker(runnable firsttask, boolean core) {
  retry:
  // 更新"线程池状态和计数"标记，即更新ctl。
  for (;;) {
    // 获取ctl对应的int值。该int值保存了"线程池中任务的数量"和"线程池状态"信息
    int c = ctl.get();
    // 获取线程池状态。
    int rs = runstateof(c);

    // 有效性检查
    if (rs >= shutdown &&
      ! (rs == shutdown &&
        firsttask == null &&
        ! workqueue.isempty()))
      return false;

    for (;;) {
      // 获取线程池中任务的数量。
      int wc = workercountof(c);
      // 如果"线程池中任务的数量"超过限制，则返回false。
      if (wc >= capacity ||
        wc >= (core ? corepoolsize : maximumpoolsize))
        return false;
      // 通过cas函数将c的值+1。操作失败的话，则退出循环。
      if (compareandincrementworkercount(c))
        break retry;
      c = ctl.get(); // re-read ctl
      // 检查"线程池状态"，如果与之前的状态不同，则从retry重新开始。
      if (runstateof(c) != rs)
        continue retry;
      // else cas failed due to workercount change; retry inner loop
    }
  }

  boolean workerstarted = false;
  boolean workeradded = false;
  worker w = null;
  // 添加任务到线程池，并启动任务所在的线程。
  try {
    final reentrantlock mainlock = this.mainlock;
    // 新建worker，并且指定firsttask为worker的第一个任务。
    w = new worker(firsttask);
    // 获取worker对应的线程。
    final thread t = w.thread;
    if (t != null) {
      // 获取锁
      mainlock.lock();
      try {
        int c = ctl.get();
        int rs = runstateof(c);

        // 再次确认"线程池状态"
        if (rs < shutdown ||
          (rs == shutdown && firsttask == null)) {
          if (t.isalive()) // precheck that t is startable
            throw new illegalthreadstateexception();
          // 将worker对象(w)添加到"线程池的worker集合(workers)"中
          workers.add(w);
          // 更新largestpoolsize
          int s = workers.size();
          if (s > largestpoolsize)
            largestpoolsize = s;
          workeradded = true;
        }
      } finally {
        // 释放锁
        mainlock.unlock();
      }
      // 如果"成功将任务添加到线程池"中，则启动任务所在的线程。 
      if (workeradded) {
        t.start();
        workerstarted = true;
      }
    }
  } finally {
    if (! workerstarted)
      addworkerfailed(w);
  }
  // 返回任务是否启动。
  return workerstarted;
}

说明：
    addworker(runnable firsttask, boolean core) 的作用是将任务(firsttask)添加到线程池中，并启动该任务。
    core为true的话，则以corepoolsize为界限，若"线程池中已有任务数量>=corepoolsize"，则返回false；core为false的话，则以maximumpoolsize为界限，若"线程池中已有任务数量>=maximumpoolsize"，则返回false。
    addworker()会先通过for循环不断尝试更新ctl状态，ctl记录了"线程池中任务数量和线程池状态"。
    更新成功之后，再通过try模块来将任务添加到线程池中，并启动任务所在的线程。

    从addworker()中，我们能清晰的发现：线程池在添加任务时，会创建任务对应的worker对象；而一个workder对象包含一个thread对象。(01) 通过将worker对象添加到"线程的workers集合"中，从而实现将任务添加到线程池中。 (02) 通过启动worker对应的thread线程，则执行该任务。

 3. submit()

补充说明一点，submit()实际上也是通过调用execute()实现的，源码如下：

public future<?> submit(runnable task) {
  if (task == null) throw new nullpointerexception();
  runnablefuture<void> ftask = newtaskfor(task, null);
  execute(ftask);
  return ftask;
}

 (三) 关闭“线程池”

shutdown()的源码如下：

public void shutdown() {
  final reentrantlock mainlock = this.mainlock;
  // 获取锁
  mainlock.lock();
  try {
    // 检查终止线程池的“线程”是否有权限。
    checkshutdownaccess();
    // 设置线程池的状态为关闭状态。
    advancerunstate(shutdown);
    // 中断线程池中空闲的线程。
    interruptidleworkers();
    // 钩子函数，在threadpoolexecutor中没有任何动作。
    onshutdown(); // hook for scheduledthreadpoolexecutor
  } finally {
    // 释放锁
    mainlock.unlock();
  }
  // 尝试终止线程池
  tryterminate();
}

说明：shutdown()的作用是关闭线程池。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。