线程池原理——总结篇

2024-04-11 23:23:25

线程池原理——总结篇

复用已创建的线程，避免频繁创建/销毁线程的开销
控制并发的数据，避免并发数量过多消耗资源
方便对线程做统一的管理

ThreadPoolExecutor核心构造方法

  • int corePoolSize：池内核心线程数最大值
  • int maxmunpoolSize：线程总最大数
  • long keepAliveTime：非核心线程闲置时间
  • TimeUnit unit：keepAliveTime的时间单位
  • BlockingQueue workQueue：阻塞队列，待执行的Runnable任务对象
    • LinkedBlockingQueue：链式阻塞式队列，可指定大小，默认大小为Integer.MAX_VALUE
    • ArrayBlockingQueue：数组阻塞式队列，需要指定大小
    • SynchronousQueue：同步队列，容量为0，每个put操作必须等待一个take操作，反之亦然
    • DelayQueue：延迟队列，队列中的元素只有当其指定的时间到了才可以被获得
  • ThreadFactory threadFactory：非必须，统一在创建线程时设置一些参数，如是否守护线程、优先级等
  • RejectedExecutionHandler handler：非必须，拒绝处理策略
    • ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：默认拒绝策略，丢弃任务并抛异常
    • ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：丢弃新来的任务，不抛异常
    • ThreadPoolExecutor.DiscardoldestPolicy：丢弃阻塞队列中的头部，然后重试，若失败，重复此过程
    • ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程去处理该任务

线程池状态及任务处理流程

  • 线程池状态信息

    线程池本身具有一个调度线程，用于处理整个线程池的事务和任务，如创建/销毁线程、阻塞队列管理等，因此线程池有自身的状态信息
    ThreadPoolExecutor类中定义了一个volatile int变量runState表示线程池状态：RUNNING、SHUTDOWN、STOP、TIDYING、TERMINATED

    1. 创建后处于RUNNING
    2. 调用shutdown()方法，进入SHUTDOWN，此时不接受新任务，清除一些空闲worker，等待阻塞队列的任务完
    3. 调用shutdownNow()方法，进入STOP状态，不接受任务、中断所有线程，丢弃阻塞队列中所有任务，此时poolSieze=0，阻塞队列size=0，读取阻塞队列为null
    4. 所有任务终止，ctl（AtomicInteger类型）记录的线程数为0，线程池状态变为TIDYING，接着执行terminated()方法
    5. 执行完后进入TERMINATED状态

  • 处理流程

    public void execute(Runnable command) {
 if (command == null)
 throw new NullPointerException(); 
 int c = ctl.get();	// 获得线程池状态
 // 1.当前线程数⼩于corePoolSize,则调⽤addWorker创建核⼼线程执⾏任务
 if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
 if (addWorker(command, true))
 return;
 c = ctl.get();
 }
 // 2.如果不⼩于corePoolSize，则将任务添加到workQueue队列。
 if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
 int recheck = ctl.get();
 // 2.1 如果isRunning返回false(状态检查)，则remove这个任务，然后执⾏拒绝策略。
 if (! isRunning(recheck) && remove(command))
 reject(command);
 // 2.2 线程池处于running状态，但是没有线程，则创建线程
 else if (workerCountOf(recheck) == 0)
 addWorker(null, false);
 }
 // 3.如果放⼊workQueue失败，则创建⾮核⼼线程执⾏任务，
 // 如果这时创建⾮核⼼线程失败(当前线程总数不⼩于maximumPoolSize时)，就会执⾏拒绝策略。
 else if (!addWorker(command, false))
 reject(command);
}
    1. 空指针检测，阻塞队列中也不允许出现空值
    2. 线程数<corePoolSize时，调⽤addWorker()创建新核心线程执行任务
    3. 线程数>=corePoolSize时，尝试添加至阻塞队列，若失败尝试使用非核心线程执行任务，如果执行失败就触发拒绝策略

如何实现线程复用及何时回收线程

ThreadPoolExecutor在创建线程时，会把线程封装成worker，并放入工作线程组，worker反复从阻塞队列中读任务，实现线程复用

  • 线程复用原理

    1. 在处理流程中，通过execute(Runnable task)方法执行任务时，会调用addWorker()方法
    2. execute(Runnable task)方法先判断线程数是否超出阈值，超出返回false
    3. 否则创建一个Worker对象（Worker类实现了Runnable接口，是一个线程任务，其run方法调用了runWorker(Worker w)方法），并初始化一个Thread对象，然后启动，此时需要利用ReentrantLock加上全局锁，更新线程次状态信息
    4. 在runWorker(Worker w)方法内，只要当前任务不为空或不断读取阻塞队列中的任务不为空时，就调用task.run()方法执行任务，从而实现线程的复用（任务执行的前后也加全局锁）
    5. 因此何时回收线程的关键就在于对阻塞队列中的任务获取（getTask()方法），当getTask()方法不返回null时，线程就不会退出，实现复用

  • 回收线程的步骤

    1. 在getTask()方法中首先会判断线程池状态，及阻塞队列是否为空，判断是否返回null（见线程池状态）
    2. getTask()方法会判断线程数是否大于核心数，如果此时阻塞队列为空，则递减worker数量(cas操作)，并返回null，外部接收null值的线程则被会回收，直到当前线程小于等于核心线程数
    3. 在getTask()方法中，其底层实现是workQueue.poll(keepAliveTime,TimeUnit.NANOSECONEDS)和workQueue.take()，前者满足时间时会返回null，后者不允许返回null（阻塞并被挂起）
    4. 如果阻塞队列不为空时，且allowCoreThreadTimeOut属性为false（默认值），存在线程getTask()方法则调用workQueue.take()方法，核心线程会阻塞在这并被挂起
    5. 如果allowCoreThreadTimeOut属性置为true，keepAlive时间内无任务可以返回null，实现线程的回收
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