JDK1.8下ThreadPoolExecutor的官方实现

2024-01-10 09:37:04

 ThreadPoolExecutor

JDK1.8下ThreadPoolExecutor的官方实现

 1. 线程池状态

        ThreadPoolExecutor 使用 int 的高 3 位来表示线程池状态，低 29 位表示线程数量。其中第一位为符号位。

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         ● 数字上比较，TERMINATED > TIDYING > STOP > SHUTDOWN > RUNNING。因为第一位为符号位，所以RUNNING最小。

         ● 这些信息存储在一个原子变量 ctl 中，目的是将线程池状态与线程个数合二为一，这样就可以用一次 cas 原子操作进行赋值。即修改ctl。

// c 为旧值， ctlOf 返回结果为新值
ctl.compareAndSet(c, ctlOf(targetState, workerCountOf(c))));
// rs 为高 3 位代表线程池状态， wc 为低 29 位代表线程个数，ctl 是合并它们
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

2. 构造方法

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler)
  • corePoolSize 核心线程数目c (最多保留的线程数)
  • maximumPoolSize 最大线程数目m
  • keepAliveTime 生存时间 - 针对救急线程
  • unit 时间单位 - 针对救急线程
  • workQueue 阻塞队列
  • threadFactory 线程工厂 - 可以为线程创建时起个好名字
  • handler 拒绝策略

1) 工作方式：

        线程都是懒惰加载。用到时才创建。

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  • 线程池中刚开始没有线程，当一个任务提交给线程池后，线程池会创建一个新线程来执行任务。
  • 当线程数达到 corePoolSize 并没有线程空闲，这时再加入任务，新加的任务会被加入workQueue 队列排队，直到有空闲的线程。
  • 如果队列选择了有界队列，那么任务超过了队列大小时，会创建 maximumPoolSize - corePoolSize 数目的线程来救急。即救急线程是结合有界队列使用。
  • 如果线程到达 maximumPoolSize 仍然有新任务这时会执行拒绝策略。拒绝策略 jdk 提供了 4 种实现，其它著名框架也提供了实现 
    •  AbortPolicy 让调用者抛出 RejectedExecutionException 异常，这是默认策略
    • CallerRunsPolicy 让调用者运行任务
    • DiscardPolicy 放弃本次任务
    • DiscardOldestPolicy 放弃队列中最早的任务，本任务取而代之
    • Dubbo 的实现，在抛出 RejectedExecutionException 异常之前会记录日志，并 dump 线程栈信息，方便定位问题
    • Netty 的实现，是创建一个新线程来执行任务
    • ActiveMQ 的实现，带超时等待（60s）尝试放入队列，类似我们之前自定义的拒绝策略
    • PinPoint 的实现，它使用了一个拒绝策略链，会逐一尝试策略链中每种拒绝策略
  • 当高峰过去后，超过corePoolSize 的救急线程如果一段时间没有任务做，需要结束节省资源，这个时间由keepAliveTime 和 unit 来控制。

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         根据这个构造方法，JDK Executors 类中提供了众多工厂方法来创建各种用途的线程池。

2) newFixedThreadPool

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
            0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
            new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

特点:

  • 核心线程数 == 最大线程数（没有救急线程被创建），因此也无需超时时间
  • 阻塞队列是*的，可以放任意数量的任务
  • 核心线程执行完任务后，不会主动结束自己。之后再讲线程池中的结束方法。
  • 线程池中的线程就是非守护线程，不会随着主线程的结束而结束。

评价: 适用于任务量已知，相对耗时的任务

        代码演示：

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         自定义线程工厂：

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3) newCachedThreadPool

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
            60L, TimeUnit.SECONDS,
            new SynchronousQueue<Runnable>());
}

特点

  • 核心线程数是 0， 最大线程数是 Integer.MAX_VALUE，救急线程的空闲生存时间是 60s，意味着

    •  全部都是救急线程（60s 后可以回收）

    •   救急线程可以无限创建

  • 队列采用了 SynchronousQueue 实现特点是，它没有容量，没有线程来取是放不进去的（一手交钱、一手交货）

 代码演示

SynchronousQueue<Integer> integers = new SynchronousQueue<>();
    new Thread(() -> {
        try {
            log.debug("putting {} ", 1);
            integers.put(1);
            log.debug("{} putted...", 1);
            log.debug("putting...{} ", 2);
            integers.put(2);
            log.debug("{} putted...", 2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    },"t1").start();
    sleep(1);
        new Thread(() -> {
        try {
            log.debug("taking {}", 1);
            integers.take();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    },"t2").start();
    sleep(1);
        new Thread(() -> {
        try {
            log.debug("taking {}", 2);
            integers.take();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    },"t3").start();

输出

        表示只有有线程来拿，才能成功放入。

11:48:15.500 c.TestSynchronousQueue [t1] - putting 1
11:48:16.500 c.TestSynchronousQueue [t2] - taking 1
11:48:16.500 c.TestSynchronousQueue [t1] - 1 putted...
11:48:16.500 c.TestSynchronousQueue [t1] - putting...2
11:48:17.502 c.TestSynchronousQueue [t3] - taking 2
11:48:17.503 c.TestSynchronousQueue [t1] - 2 putted...

 评价

        整个线程池表现为线程数会根据任务量不断增长，没有上限，当任务执行完毕，空闲 1分后释放线程。 适合任务数比较密集，但每个任务执行时间较短的情况

4) newSingleThreadExecutor

        

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

使用场景：
        希望多个任务排队执行。线程数固定为 1，没有救急线程。任务数多于 1 时，会放入*队列排队。任务执行完毕，这唯一的线程也不会被释放。
区别：
       ●  与自己创建一个单线程串行执行任务相比，如果任务执行失败而终止那么没有任何补救措施，而线程池还会新建一个线程，保证池的正常工作。

        JDK1.8下ThreadPoolExecutor的官方实现
       ●  Executors.newSingleThreadExecutor() 核心线程=最大线程个数始终为1，不能修改
               ○ FinalizableDelegatedExecutorService 应用的是装饰器模式，只对外暴露了 ExecutorService 接口，因此不能调用 ThreadPoolExecutor 中特有的方法
        ●  Executors.newFixedThreadPool(1) 初始时核心线程=最大线程个数设置为1时（当然可以设置为固定的任意值），以后还可以修改。
               ○ 对外暴露的是 ThreadPoolExecutor 对象，可以强转后调用 setCorePoolSize 等方法进行修改

3. 提交任务

// 执行任务
void execute(Runnable command);

// 提交任务 task，用返回值 Future 获得任务执行结果，使用了保护性暂停模式，在两个线程之间接收结果，Future类似于前面讲过的GuardedObject。实现类是FutureTask，用于子主线程中接收线程池中线程返回的结果。T是返回结果的类型。调用future对象的get方法获取结果。
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);   Callable<T>也是单方法的接口。



// 提交 tasks 中所有任务
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
        throws InterruptedException;


// 提交 tasks 中所有任务，带超时时间
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                              long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;


// 提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
        throws InterruptedException, ExecutionException;

// 提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消，带超时时间
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;

4. 关闭线程池

shutdown

/*
线程池状态变为 SHUTDOWN
- 不会接收新任务
- 但已提交任务会执行完
- 此方法不会阻塞调用线程的执行（如主线程调用，不会阻塞主线程的执行。）
*/
void shutdown();

 

public void shutdown() {
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            checkShutdownAccess();
// 修改线程池状态
            advanceRunState(SHUTDOWN);
// 仅会打断空闲线程
            interruptIdleWorkers();
            onShutdown(); // 扩展点 ScheduledThreadPoolExecutor
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
// 尝试终结(没有运行的线程可以立刻终结，如果还有运行的线程也不会等)
        tryTerminate();
    }

 shutdownNow

    /*
线程池状态变为 STOP
- 不会接收新任务
- 会将队列中的任务返回
- 并用 interrupt 的方式中断正在执行的任务
*/
    List<Runnable> shutdownNow();

 


    public List<Runnable> shutdownNow() {

        List<Runnable> tasks;
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            checkShutdownAccess();
            // 修改线程池状态
            advanceRunState(STOP);
            // 打断所有线程
            interruptWorkers();
            // 获取队列中剩余任务
            tasks = drainQueue();
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        // 尝试终结   可以成功
        tryTerminate();
        return tasks;
    }

 其他方法

// 不在 RUNNING 状态的线程池，此方法就返回 true
boolean isShutdown();


// 线程池状态是否是 TERMINATED
boolean isTerminated();


// 调用 shutdown 后，由于调用线程并不会等待所有任务运行结束，因此如果它想在线程池 TERMINATED 后做些事情，可以利用此方法等待
boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

 ThreadPoolExecutor-停止-演示

        1. 只调用pool.shutdown();运行结果：

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        2. pool.shutdown();之后再往线程池提交一个新的任务：报错，线程池停了以后就无法提交新任务了。

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        3. 主线程调用shutdown之后再打印“other”，会立刻执行，即不会阻塞主线程的执行。

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        4. pool.shutdown();之后再执行pool.awaitTermination();，则主线程会等待所有任务都执行完了，才会继续向下执行。会设置最大超时时间。

        任务返回结果是Future类型，也可以调用future的get方法，阻塞主线程。

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        5. pool.shutdownNow();  正在执行的任务都会被打断，会使用interrupt方法打断，返回值是队列中的任务。

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package cn.itcast.n8;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;

import static cn.itcast.n2.util.Sleeper.sleep;

@Slf4j(topic = "c.TestShutDown")
public class TestShutDown {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);

        Future<Integer> result1 = pool.submit(() -> {
            log.debug("task 1 running...");
            Thread.sleep(1000);
            log.debug("task 1 finish...");
            return 1;
        });

        Future<Integer> result2 = pool.submit(() -> {
            log.debug("task 2 running...");
            Thread.sleep(1000);
            log.debug("task 2 finish...");
            return 2;
        });

        Future<Integer> result3 = pool.submit(() -> {
            log.debug("task 3 running...");
            Thread.sleep(1000);
            log.debug("task 3 finish...");
            return 3;
        });

        log.debug("shutdown");
//        pool.shutdown();
//        pool.awaitTermination(3, TimeUnit.SECONDS);
        List<Runnable> runnables = pool.shutdownNow();
        log.debug("other.... {}" , runnables);
    }
}

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