线程池

作者: 码农崛起 | 来源:发表于2018-05-14 10:01 被阅读0次

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Executor.png

Executor的主要作用是解耦任务提交和任务执行(包括如何使用线程，如何调度)

class DirectExecutor implements Executor {
   public void execute(Runnable r) {
    r.run();
  }
 }

Executor本身并不表示使用线程

ExecutorService提供了关闭机制以及提交任务返回Future对象用于追踪任务执行进度或取消任务。

FutureTask.png

先分析一下AbstractExecutorService实现中用到的Future的实现类FutureTask的实现机制

状态.png

如果当前的任务是Runnable，通过RunnableAdapter转为Callable

RunnableAdapter.png

run.png

FutureTask自身实现了Runnable，包装内部的Callable或Runnable

get.png

awaitDone.png

report.png

Future#get实现机制：如果任务还没开始，调用线程加入任务的等待队列，等待任务完成或取消时被唤醒，否则等待任务到达最终状态，正常执行返回结果或异常时抛出ExecutionException异常

cancel.png

finishCompletion.png

Future#cancle实现机制：如果任务还没开始，状态改为INTERRUPTING或CANCELLED，如果支持中断，打断当前线程(参考run方法，先设置runner线程，再修改状态，所以可能当前状态是NEW，但是runner已经设置了)，然后唤醒所有之前等待的线程。

AbstractExecutorService的实现机制：任务的具体执行都委托给从Executor继承的execute方法，主要实现了submit和invokeAll，invokeAny方法。

invokeAll.png

ExecutorCompletionService.png

任务的执行都委托给Executor，所有提交的任务都用QueueingFuture包装，任务执行完加入内部的BlockingQueue。

invokeAny.png

invokeAny：先提交一个任务，然后循环检查ExecutorCompletionService的阻塞队列是否有已完成的任务，有就返回，没有就再提交一个新任务，直到任务都提交完，然后阻塞。第一个任务完成后，cancel所有可以cancel的任务。

AbstractExecutorService有两个具体的子类：ThreadPoolExecutor和ForkJoinPool，ScheduledThreadPoolExecutor又继承了ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor：

线程池运行状态.png

线程池参数.png

workQueue表示任务队列，workers表示当前执行任务的线程集合。

Worker.png

Worker继承了AbstractQueuedSynchronizer，自身就是一个简单的互斥锁，实现了Runnable，Worker在构造时内部会利用ThreadFactory产生一个线程，线程启动时，执行Worker自身的run方法。

runWorker.png

Worker执行过程中，会通过getTask获取任务，每次执行任务之前都会获取worker自身的互斥锁

getTask.png

getTask通过返回null(线程池stop，或shutdown之后任务队列为空，或者动态调整参数之后线程太多，或者获取任务超时(说明任务太少了，不需要那么多线程))，控制Worker结束循环

processWorkerExit.png

Worker循环结束有两种原因：执行的任务抛出异常，getTask返回null。
如果是后者，再次检查以确保目前的线程数不低于最低要求，线程数不够时添加worker线程。因异常而结束任务循环也会添加新的worker线程。

addWorker-1.png

addWorker-2.png

添加worker失败的原因有三：线程池stop；shutdown之后任务队列为空；当前线程数超过最大线程数。worker添加成功之后，启动内部的线程，开始循环处理任务。

execute.png

关键点在于，核心线程全部启动之后，任务会先加入任务队列，只有任务队列是有界队列，且队列满了才会启动非核心线程！！！

shutdown.png

interruptIdleWorkers.png

tryTerminate.png

shutdown之后，修改状态为SHUTDOWN，然后打断所有idle线程，所谓idle，就是可以获取worker的互斥锁，说明worker当前在等待任务而不是执行任务，参考runWorker方法。如果当前所有worker正巧都在等待任务，所有worker都会被打断(processWorkerExit方法会在worker退出循环时调用，根据情况再添加worker)。tryTerminate中会先检查如果当前状态是SHUTDOWN但是任务队列不为空，不能进入terminal状态，如果当前是shutdown且任务队列为空且线程数为空，修改状态为过渡状态TIDYING，然后修改为最终状态TERMINATED。

shutdownNow.png

打断所有已经启动的worker，返回所有还未执行的任务。

awaitTermination.png

shutdown之后线程池并不一定关闭！！！所以正确的做法是shutdown之后调用awaitTermination等待所有任务执行完后所有线程被打断。

ThreadPoolExecutor.png

ThreadPoolExecutor可控制参数：
corePoolSize：核心线程数，worker数量小于corePoolSize时每次提交任务都启动一个core线程，可以使用set方法在运行时调整。
maximumPoolSize：最大线程数，包括core和非core线程，从上面的源码分析可以直到只有任务队列为有界队列时才会启动非core线程。
workQueue：任务队列，只有任务队列为有界队列时才会启动非core线程。
keepAliveTime：worker在指定时间内获取不到任务，说明此时人浮于事，需要裁员，getTask会返回null，结束获取任务超时的worker。
threadFactory：定义如何产生线程，默认直接new Thread。
handler：提交任务时任务队列满了或线程池shutdown之后的行为，默认抛出RejectedExecutionException异常，可选策略包括忽略(DiscardPolicy)，在提交任务的线程中执行(CallerRunsPolicy)，移除任务队列里最前面的任务(DiscardOldestPolicy)。
keepAliveTime：如果通过set设置了值，如果一个worker超过指定时间未获得任务就会timeout而结束循环，如果当前线程数超过了corePoolSize，不会再添加新的worker，默认不支持timeout。
allowCoreThreadTimeOut：默认线程数小于corePoolSize，timeout之后就会添加新的worker，如果设置了allowCoreThreadTimeOut，只有当前线程为0时才会添加新的worker。

下面分析一下ThreadPoolExecutor的子类ScheduledThreadPoolExecutor的实现机制：

ScheduledThreadPoolExecutor.png

从构造上看，主要是任务队列使用了DelayedWorkQueue，DelayedWorkQueue是一个简单的基于二叉堆实现的优先级阻塞无界队列，所有任务按触发时刻排序，keepAliveTime为0，不支持worker超时。从上文的分析可知，使用无界队列时是不会启动非core线程的，maximumPoolSize设置成了Integer.MAX_VALUE而不是corePoolSize，避免运行时修改corePoolSize时还要修改maximumPoolSize。