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- 摘要
- 核心逻辑概述
- execute(Runnable)方法
- addWorker(Runnable, boolean)方法
- addWorkerFailed(Worker)方法
- 拒绝策略
摘要
ThreadPoolExecutor是Java线程池中最核心的类之一,它能够保证线程池按照正常的业务逻辑执行任务,并通过原子方式更新线程池每个阶段的状态。
今天,我们通过ThreadPoolExecutor类的源码深度解析线程池执行任务的核心流程,小伙伴们最好是打开IDEA,按照冰河说的步骤,调试下ThreadPoolExecutor类的源码,这样会理解的更加深刻,好了,开始今天的主题。
核心逻辑概述
ThreadPoolExecutor是Java线程池中最核心的类之一,它能够保证线程池按照正常的业务逻辑执行任务,并通过原子方式更新线程池每个阶段的状态。
ThreadPoolExecutor类中存在一个workers工作线程集合,用户可以向线程池中添加需要执行的任务,workers集合中的工作线程可以直接执行任务,或者从任务队列中获取任务后执行。ThreadPoolExecutor类中提供了整个线程池从创建到执行任务,再到消亡的整个流程方法。本文,就结合ThreadPoolExecutor类的源码深度分析线程池执行任务的整体流程。
在ThreadPoolExecutor类中,线程池的逻辑主要体现在execute(Runnable)方法,addWorker(Runnable, boolean)方法,addWorkerFailed(Worker)方法和拒绝策略上,接下来,我们就深入分析这几个核心方法。
execute(Runnable)方法
execute(Runnable)方法的作用是提交Runnable类型的任务到线程池中。我们先看下execute(Runnable)方法的源码,如下所示。
public void execute(Runnable command) { //如果提交的任务为空,则抛出空指针异常 if (command == null) throw new NullPointerException(); //获取线程池的状态和线程池中线程的数量 int c = ctl.get(); //线程池中的线程数量小于corePoolSize的值 if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { //重新开启线程执行任务 if (addWorker(command, true)) return; c = ctl.get(); } //如果线程池处于RUNNING状态,则将任务添加到阻塞队列中 if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { //再次获取线程池的状态和线程池中线程的数量,用于二次检查 int recheck = ctl.get(); //如果线程池没有未处于RUNNING状态,从队列中删除任务 if (! isRunning(recheck) && remove(command)) //执行拒绝策略 reject(command); //如果线程池为空,则向线程池中添加一个线程 else if (workerCountOf(recheck) == 0) addWorker(null, false); } //任务队列已满,则新增worker线程,如果新增线程失败,则执行拒绝策略 else if (!addWorker(command, false)) reject(command); }
整个任务的执行流程,我们可以简化成下图所示。
接下来,我们拆解execute(Runnable)方法,具体分析execute(Runnable)方法的执行逻辑。
(1)线程池中的线程数是否小于corePoolSize核心线程数,如果小于corePoolSize核心线程数,则向workers工作线程集合中添加一个核心线程执行任务。代码如下所示。
//线程池中的线程数量小于corePoolSize的值 if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { //重新开启线程执行任务 if (addWorker(command, true)) return; c = ctl.get(); }
(2)如果线程池中的线程数量大于corePoolSize核心线程数,则判断当前线程池是否处于RUNNING状态,如果处于RUNNING状态,则添加任务到待执行的任务队列中。注意:这里向任务队列添加任务时,需要判断线程池是否处于RUNNING状态,只有线程池处于RUNNING状态时,才能向任务队列添加新任务。否则,会执行拒绝策略。代码如下所示。
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command))
(3)向任务队列中添加任务成功,由于其他线程可能会修改线程池的状态,所以这里需要对线程池进行二次检查,如果当前线程池的状态不再是RUNNING状态,则需要将添加的任务从任务队列中移除,执行后续的拒绝策略。如果当前线程池仍然处于RUNNING状态,则判断线程池是否为空,如果线程池中不存在任何线程,则新建一个线程添加到线程池中,如下所示。
//再次获取线程池的状态和线程池中线程的数量,用于二次检查 int recheck = ctl.get(); //如果线程池没有未处于RUNNING状态,从队列中删除任务 if (! isRunning(recheck) && remove(command)) //执行拒绝策略 reject(command); //如果线程池为空,则向线程池中添加一个线程 else if (workerCountOf(recheck) == 0) addWorker(null, false);
(4)如果在步骤(3)中向任务队列中添加任务失败,则尝试开启新的线程执行任务。此时,如果线程池中的线程数量已经大于线程池中的最大线程数maximumPoolSize,则不能再启动新线程。此时,表示线程池中的任务队列已满,并且线程池中的线程已满,需要执行拒绝策略,代码如下所示。
//任务队列已满,则新增worker线程,如果新增线程失败,则执行拒绝策略 else if (!addWorker(command, false)) reject(command);
这里,我们将execute(Runnable)方法拆解,结合流程图来理解线程池中任务的执行流程就比较简单了。可以这么说,execute(Runnable)方法的逻辑基本上就是一般线程池的执行逻辑,理解了execute(Runnable)方法,就基本理解了线程池的执行逻辑。
注意:有关ScheduledThreadPoolExecutor类和ForkJoinPool类执行线程池的逻辑,在【高并发专题】系列文章中的后文中会详细说明,理解了这些类的执行逻辑,就基本全面掌握了线程池的执行流程。
在分析execute(Runnable)方法的源码时,我们发现execute(Runnable)方法中多处调用了addWorker(Runnable, boolean)方法,接下来,我们就一起分析下addWorker(Runnable, boolean)方法的逻辑。
addWorker(Runnable, boolean)方法
总体上,addWorker(Runnable, boolean)方法可以分为三部分,第一部分是使用CAS安全的向线程池中添加工作线程;第二部分是创建新的工作线程;第三部分则是将任务通过安全的并发方式添加到workers中,并启动工作线程执行任务。
接下来,我们看下addWorker(Runnable, boolean)方法的源码,如下所示。
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) { //标记重试的标识 retry: for (;;) { int c = ctl.get(); int rs = runStateOf(c); // 检查队列是否在某些特定的条件下为空 if (rs >= SHUTDOWN && ! (rs == SHUTDOWN && firstTask == null && ! workQueue.isEmpty())) return false; //下面循环的主要作用为通过CAS方式增加线程的个数 for (;;) { //获取线程池中的线程数量 int wc = workerCountOf(c); //如果线程池中的线程数量超出限制,直接返回false if (wc >= CAPACITY || wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)) return false; //通过CAS方式向线程池新增线程数量 if (compareAndIncrementWorkerCount(c)) //通过CAS方式保证只有一个线程执行成功,跳出最外层循环 break retry; //重新获取ctl的值 c = ctl.get(); //如果CAS操作失败了,则需要在内循环中重新尝试通过CAS新增线程数量 if (runStateOf(c) != rs) continue retry; } } //跳出最外层for循环,说明通过CAS新增线程数量成功 //此时创建新的工作线程 boolean workerStarted = false; boolean workerAdded = false; Worker w = null; try { //将执行的任务封装成worker w = new Worker(firstTask); final Thread t = w.thread; if (t != null) { //独占锁,保证操作workers时的同步 final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; mainLock.lock(); try { //此处需要重新检查线程池状态 //原因是在获得锁之前可能其他的线程改变了线程池的状态 int rs = runStateOf(ctl.get()); if (rs < SHUTDOWN || (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) { if (t.isAlive()) throw new IllegalThreadStateException(); //向worker中添加新任务 workers.add(w); int s = workers.size(); if (s > largestPoolSize) largestPoolSize = s; //将是否添加了新任务的标识设置为true workerAdded = true; } } finally { //释放独占锁 mainLock.unlock(); } //添加新任成功,则启动线程执行任务 if (workerAdded) { t.start(); //将任务是否已经启动的标识设置为true workerStarted = true; } } } finally { //如果任务未启动或启动失败,则调用addWorkerFailed(Worker)方法 if (! workerStarted) addWorkerFailed(w); } //返回是否启动任务的标识 return workerStarted; }
乍一看,addWorker(Runnable, boolean)方法还蛮长的,这里,我们还是将addWorker(Runnable, boolean)方法进行拆解。
(1)检查任务队列是否在某些特定的条件下为空,代码如下所示。
// 检查队列是否在某些特定的条件下为空 if (rs >= SHUTDOWN && ! (rs == SHUTDOWN && firstTask == null && ! workQueue.isEmpty())) return false;
(2)在通过步骤(1)的校验后,则进入内层for循环,在内层for循环中通过CAS来增加线程池中的线程数量,如果CAS操作成功,则直接退出双重for循环。如果CAS操作失败,则查看当前线程池的状态是否发生了变化,如果线程池的状态发生了变化,则通过continue关键字重新通过外层for循环校验任务队列,检验通过再次执行内层for循环的CAS操作。如果线程池的状态没有发生变化,此时上一次CAS操作失败了,则继续尝试CAS操作。代码如下所示。
for (;;) { //获取线程池中的线程数量 int wc = workerCountOf(c); //如果线程池中的线程数量超出限制,直接返回false if (wc >= CAPACITY || wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)) return false; //通过CAS方式向线程池新增线程数量 if (compareAndIncrementWorkerCount(c)) //通过CAS方式保证只有一个线程执行成功,跳出最外层循环 break retry; //重新获取ctl的值 c = ctl.get(); //如果CAS操作失败了,则需要在内循环中重新尝试通过CAS新增线程数量 if (runStateOf(c) != rs) continue retry; }
(3)CAS操作成功后,表示向线程池中成功添加了工作线程,此时,还没有线程去执行任务。使用全局的独占锁mainLock来将新增的工作线程Worker对象安全的添加到workers中。
总体逻辑就是:创建新的Worker对象,并获取Worker对象中的执行线程,如果线程不为空,则获取独占锁,获取锁成功后,再次检查线线程的状态,这是避免在获取独占锁之前其他线程修改了线程池的状态,或者关闭了线程池。如果线程池关闭,则需要释放锁。否则将新增加的线程添加到工作集合中,释放锁并启动线程执行任务。将是否启动线程的标识设置为true。最后,判断线程是否启动,如果没有启动,则调用addWorkerFailed(Worker)方法。最终返回线程是否起送的标识。
//跳出最外层for循环,说明通过CAS新增线程数量成功 //此时创建新的工作线程 boolean workerStarted = false; boolean workerAdded = false; Worker w = null; try { //将执行的任务封装成worker w = new Worker(firstTask); final Thread t = w.thread; if (t != null) { //独占锁,保证操作workers时的同步 final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; mainLock.lock(); try { //此处需要重新检查线程池状态 //原因是在获得锁之前可能其他的线程改变了线程池的状态 int rs = runStateOf(ctl.get()); if (rs < SHUTDOWN || (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) { if (t.isAlive()) throw new IllegalThreadStateException(); //向worker中添加新任务 workers.add(w); int s = workers.size(); if (s > largestPoolSize) largestPoolSize = s; //将是否添加了新任务的标识设置为true workerAdded = true; } } finally { //释放独占锁 mainLock.unlock(); } //添加新任成功,则启动线程执行任务 if (workerAdded) { t.start(); //将任务是否已经启动的标识设置为true workerStarted = true; } } } finally { //如果任务未启动或启动失败,则调用addWorkerFailed(Worker)方法 if (! workerStarted) addWorkerFailed(w); } //返回是否启动任务的标识 return workerStarted;
addWorkerFailed(Worker)方法
在addWorker(Runnable, boolean)方法中,如果添加工作线程失败或者工作线程启动失败时,则会调用addWorkerFailed(Worker)方法,下面我们就来看看addWorkerFailed(Worker)方法的实现,如下所示。
private void addWorkerFailed(Worker w) { //获取独占锁 final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; mainLock.lock(); try { //如果Worker任务不为空 if (w != null) //将任务从workers集合中移除 workers.remove(w); //通过CAS将任务数量减1 decrementWorkerCount(); tryTerminate(); } finally { //释放锁 mainLock.unlock(); } }
addWorkerFailed(Worker)方法的逻辑就比较简单了,获取独占锁,将任务从workers中移除,并且通过CAS将任务的数量减1,最后释放锁。
拒绝策略
我们在分析execute(Runnable)方法时,线程池会在适当的时候调用reject(Runnable)方法来执行相应的拒绝策略,我们看下reject(Runnable)方法的实现,如下所示。
final void reject(Runnable command) { handler.rejectedExecution(command, this); }
通过代码,我们发现调用的是handler的rejectedExecution方法,handler又是个什么鬼,我们继续跟进代码,如下所示。
private volatile RejectedExecutionHandler handler;
再看看RejectedExecutionHandler是个啥类型,如下所示。
package java.util.concurrent; public interface RejectedExecutionHandler { void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor); }
可以发现RejectedExecutionHandler是个接口,定义了一个rejectedExecution(Runnable, ThreadPoolExecutor)方法。既然RejectedExecutionHandler是个接口,那我们就看看有哪些类实现了RejectedExecutionHandler接口。
看到这里,我们发现RejectedExecutionHandler接口的实现类正是线程池默认提供的四种拒绝策略的实现类。
至于reject(Runnable)方法中具体会执行哪个类的拒绝策略,是根据创建线程池时传递的参数决定的。如果没有传递拒绝策略,则默认会执行AbortPolicy类的拒绝策略。否则会执行传递的类的拒绝策略。
在创建线程池时,除了能够传递JDK默认提供的拒绝策略外,还可以传递自定义的拒绝策略。如果想使用自定义的拒绝策略,则只需要实现RejectedExecutionHandler接口,并重写rejectedExecution(Runnable, ThreadPoolExecutor)方法即可。例如,下面的代码。
public class CustomPolicy implements RejectedExecutionHandler { public CustomPolicy() { } public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { if (!e.isShutdown()) { System.out.println("使用调用者所在的线程来执行任务") r.run(); } } }
使用如下方式创建线程池。
new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>(), Executors.defaultThreadFactory(), new CustomPolicy());
至此,线程池执行任务的整体核心逻辑分析结束,更多关于java ThreadPoolExecutor类解析线程池的资料请关注自由互联其它相关文章!