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  • Java提高班(二)深入理解线程池ThreadPool

    Threadpool

    本文你将获得以下信息:

    • 线程池源码解读
    • 线程池执行流程分析
    • 带返回值的线程池实现
    • 延迟线程池实现

    为了方便读者理解,本文会由浅入深,先从线程池的使用开始再延伸到源码解读和源码分析等高级内容,读者可根据自己的情况自主选择阅读顺序和需要了解的章节。

    一、线程池优点

    线程池能够更加充分的利用CPU、内存、网络、IO等系统资源,线程池的主要作用如下:

    • 利用线程池可以复用线程,控制最大并发数;
    • 实现任务缓存策略和拒绝机制;
    • 实现延迟执行

    阿里巴巴Java开发手册强制规定:线程资源必须通过线程池提供,如下图:

    线程池规定

    二、线程池使用

    本节会介绍7种线程池的创建与使用,线程池的状态介绍,ThreadPoolExecutor参数介绍等。

    2.1 线程池创建

    线程池可以使用Executors和ThreadPoolExecutor,其中使用Executors有六种创建线程池的方法,如下图:

    线程池创建

    // 使用Executors方式创建
    ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
    ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
    ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
    ScheduledExecutorService singleThreadScheduledExecutor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
    ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(2);
    ExecutorService workStealingPool = Executors.newWorkStealingPool();
    // 原始创建方式
    ThreadPoolExecutor tp = new ThreadPoolExecutor(10, 10, 10L, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    

    2.1.1 线程池解读

    1. newSingleThreadExecutor(),它的特点在于工作线程数目被限制为 1,操作一个无界的工作队列,所以它保证了所有任务的都是被顺序执行,最多会有一个任务处于活动状态,并且不允许使用者改动线程池实例,因此可以避免其改变线程数目。
    2. newCachedThreadPool(),它是一种用来处理大量短时间工作任务的线程池,具有几个鲜明特点:它会试图缓存线程并重用,当无缓存线程可用时,就会创建新的工作线程;如果线程闲置的时间超过 60 秒,则被终止并移出缓存;长时间闲置时,这种线程池,不会消耗什么资源。其内部使用 SynchronousQueue 作为工作队列。
    3. newFixedThreadPool(int nThreads),重用指定数目(nThreads)的线程,其背后使用的是无界的工作队列,任何时候最多有 nThreads 个工作线程是活动的。这意味着,如果任务数量超过了活动队列数目,将在工作队列中等待空闲线程出现;如果有工作线程退出,将会有新的工作线程被创建,以补足指定的数目 nThreads。
    4. newSingleThreadScheduledExecutor() 创建单线程池,返回 ScheduledExecutorService,可以进行定时或周期性的工作调度。
    5. newScheduledThreadPool(int corePoolSize)和newSingleThreadScheduledExecutor()类似,创建的是个 ScheduledExecutorService,可以进行定时或周期性的工作调度,区别在于单一工作线程还是多个工作线程。
    6. newWorkStealingPool(int parallelism),这是一个经常被人忽略的线程池,Java 8 才加入这个创建方法,其内部会构建ForkJoinPool,利用Work-Stealing算法,并行地处理任务,不保证处理顺序。
    7. ThreadPoolExecutor是最原始的线程池创建,上面1-3创建方式都是对ThreadPoolExecutor的封装。

    总结: 其中newSingleThreadExecutor、newCachedThreadPool、newFixedThreadPool是对ThreadPoolExecutor的封装实现,newSingleThreadScheduledExecutor、newScheduledThreadPool则为ThreadPoolExecutor子类ScheduledThreadPoolExecutor的封装,用于执行延迟任务,newWorkStealingPool则为Java 8新加的方法。

    2.1.2 单线程池的意义

    从以上代码可以看出newSingleThreadExecutor和newSingleThreadScheduledExecutor创建的都是单线程池,那么单线程池的意义是什么呢?

    虽然是单线程池,但提供了工作队列,生命周期管理,工作线程维护等功能。

    2.2 ThreadPoolExecutor解读

    ThreadPoolExecutor作为线程池的核心方法,我们来看一下ThreadPoolExecutor内部实现,以及封装类是怎么调用ThreadPoolExecutor的。

    先从构造函数说起,构造函数源码如下:

    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();
        this.acc = System.getSecurityManager() == null ?
                null :
                AccessController.getContext();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }
    

    参数说明:

    • corePoolSize:所谓的核心线程数,可以大致理解为长期驻留的线程数目(除非设置了 allowCoreThreadTimeOut)。对于不同的线程池,这个值可能会有很大区别,比如 newFixedThreadPool 会将其设置为 nThreads,而对于 newCachedThreadPool 则是为 0。
    • maximumPoolSize:顾名思义,就是线程不够时能够创建的最大线程数。同样进行对比,对于 newFixedThreadPool,当然就是 nThreads,因为其要求是固定大小,而 newCachedThreadPool 则是 Integer.MAX_VALUE。
    • keepAliveTime:空闲线程的保活时间,如果线程的空闲时间超过这个值,那么将会被关闭。注意此值生效条件必须满足:空闲时间超过这个值,并且线程池中的线程数少于等于核心线程数corePoolSize。当然核心线程默认是不会关闭的,除非设置了allowCoreThreadTimeOut(true)那么核心线程也可以被回收。
    • TimeUnit:时间单位。
    • BlockingQueue:任务丢列,用于存储线程池的待执行任务的。
    • threadFactory:用于生成线程,一般我们可以用默认的就可以了。
    • handler:当线程池已经满了,但是又有新的任务提交的时候,该采取什么策略由这个来指定。有几种方式可供选择,像抛出异常、直接拒绝然后返回等,也可以自己实现相应的接口实现自己的逻辑。

    来看一下线程池封装类对于ThreadPoolExecutor的调用:

    newSingleThreadExecutor对ThreadPoolExecutor的封装源码如下:

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

    newCachedThreadPool对ThreadPoolExecutor的封装源码如下:

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

    newFixedThreadPool对ThreadPoolExecutor的封装源码如下:

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

    ScheduledExecutorService对ThreadPoolExecutor的封装源码如下:

    public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor() {
        return new DelegatedScheduledExecutorService
            (new ScheduledThreadPoolExecutor(1));
    }
    

    newSingleThreadScheduledExecutor使用的是ThreadPoolExecutor的子类ScheduledThreadPoolExecutor,如下图所示:

    Threadpool

    newScheduledThreadPool对ThreadPoolExecutor的封装源码如下:

    public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
    }
    

    newScheduledThreadPool使用的也是ThreadPoolExecutor的子类ScheduledThreadPoolExecutor。

    2.3 线程池状态

    查看ThreadPoolExecutor源码可知线程的状态如下:

    Threadpool

    线程状态解读(以下内容来源于:https://javadoop.com/post/java-thread-pool):

    • RUNNING:这个没什么好说的,这是最正常的状态:接受新的任务,处理等待队列中的任务;
    • SHUTDOWN:不接受新的任务提交,但是会继续处理等待队列中的任务;
    • STOP:不接受新的任务提交,不再处理等待队列中的任务,中断正在执行任务的线程;
    • TIDYING:所有的任务都销毁了,workCount 为 0。线程池的状态在转换为 TIDYING 状态时,会执行钩子方法 terminated();
    • TERMINATED:terminated() 方法结束后,线程池的状态就会变成这个;

    RUNNING 定义为 -1,SHUTDOWN 定义为 0,其他的都比 0 大,所以等于 0 的时候不能提交任务,大于 0 的话,连正在执行的任务也需要中断。

    看了这几种状态的介绍,读者大体也可以猜到十之八九的状态转换了,各个状态的转换过程有以下几种:

    • RUNNING -> SHUTDOWN:当调用了 shutdown() 后,会发生这个状态转换,这也是最重要的;
    • (RUNNING or SHUTDOWN) -> STOP:当调用 shutdownNow() 后,会发生这个状态转换,这下要清楚 shutDown() 和 shutDownNow() 的区别了;
    • SHUTDOWN -> TIDYING:当任务队列和线程池都清空后,会由 SHUTDOWN 转换为 TIDYING;
    • STOP -> TIDYING:当任务队列清空后,发生这个转换;
    • TIDYING -> TERMINATED:这个前面说了,当 terminated() 方法结束后;

    2.4 线程池执行

    说了那么多下来一起来看线程池的是怎么执行任务的,线程池任务提交有两个方法:

    • execute
    • submit

    其中execute只能接受Runnable类型的任务,使用如下:

    ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
    singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }
    });
    

    submit可以接受Runnable或Callable类型的任务,使用如下:

    ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
    executorService.submit(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }
    });
    

    2.4.1 带返回值的线程池实现

    使用submit传递Callable类可以获取执行任务的返回值,Callable是JDK 1.5 添加的特性用于补充Runnable无返回的情况。

    ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
    Future<Long> result = executorService.submit(new Callable<Long>() {
        @Override
        public Long call() throws Exception {
            return new Date().getTime();
        }
    });
    try {
        System.out.println("运行结果:" + result.get());
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (ExecutionException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    

    2.4.2 延迟线程池实现

    在线程池中newSingleThreadScheduledExecutor和newScheduledThreadPool返回的是ScheduledExecutorService,用于执行延迟线程池的,代码如下:

    // 延迟线程池
    ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(2);
    scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("time:" + new Date().getTime());
        }
    }, 10, TimeUnit.SECONDS);
    

    完整示例下载地址: https://github.com/vipstone/java-core-example

    三、线程池源码解读

    阅读线程池的源码有一个小技巧,可以按照线程池执行的顺序进行串连关联阅读,这样更容易理解线程池的实现。

    源码阅读流程解读

    我们先从线程池的任务提交方法execute()开始阅读,从execute()我们会发现线程池执行的核心方法是addWorker(),在addWorker()中我们发现启动线程调用了start()方法,调用start()方法之后会执行Worker类的run()方法,run里面调用runWorker(),运行程序的关键在于getTask()方法,getTask()方法之后就是此线程的关闭,整个线程池的工作流程也就完成了,下来一起来看吧(如果本段文章没看懂的话也可以看完源码之后,回过头来再看一遍)。

    3.1 execute() 源码解读

    public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        int c = ctl.get();
    
        // 如果当前线程数少于核心线程数,那么直接添加一个 worker 来执行任务,
        // 创建一个新的线程,并把当前任务 command 作为这个线程的第一个任务(firstTask)
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            // 添加任务成功,那么就结束了。提交任务嘛,线程池已经接受了这个任务,这个方法也就可以返回了
            // 至于执行的结果,到时候会包装到 FutureTask 中。
            // 返回 false 代表线程池不允许提交任务
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }
        // 到这里说明,要么当前线程数大于等于核心线程数,要么刚刚 addWorker 失败了
    
        // 如果线程池处于 RUNNING 状态,把这个任务添加到任务队列 workQueue 中
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            /* 这里面说的是,如果任务进入了 workQueue,我们是否需要开启新的线程
             * 因为线程数在 [0, corePoolSize) 是无条件开启新的线程
             * 如果线程数已经大于等于 corePoolSize,那么将任务添加到队列中,然后进到这里
             */
            int recheck = ctl.get();
            // 如果线程池已不处于 RUNNING 状态,那么移除已经入队的这个任务,并且执行拒绝策略
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
            // 如果线程池还是 RUNNING 的,并且线程数为 0,那么开启新的线程
            // 到这里,我们知道了,这块代码的真正意图是:担心任务提交到队列中了,但是线程都关闭了
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                addWorker(null, false);
        }
        // 如果 workQueue 队列满了,那么进入到这个分支
        // 以 maximumPoolSize 为界创建新的 worker,
        // 如果失败,说明当前线程数已经达到 maximumPoolSize,执行拒绝策略
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }
    

    3.2 addWorker() 源码解读

    // 第一个参数是准备提交给这个线程执行的任务,之前说了,可以为 null
    // 第二个参数为 true 代表使用核心线程数 corePoolSize 作为创建线程的界线,也就说创建这个线程的时候,
    //         如果线程池中的线程总数已经达到 corePoolSize,那么不能响应这次创建线程的请求
    //         如果是 false,代表使用最大线程数 maximumPoolSize 作为界线
    private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
        retry:
        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            int rs = runStateOf(c);
    
            // 这个非常不好理解
            // 如果线程池已关闭,并满足以下条件之一,那么不创建新的 worker:
            // 1. 线程池状态大于 SHUTDOWN,其实也就是 STOP, TIDYING, 或 TERMINATED
            // 2. firstTask != null
            // 3. workQueue.isEmpty()
            // 简单分析下:
            // 还是状态控制的问题,当线程池处于 SHUTDOWN 的时候,不允许提交任务,但是已有的任务继续执行
            // 当状态大于 SHUTDOWN 时,不允许提交任务,且中断正在执行的任务
            // 多说一句:如果线程池处于 SHUTDOWN,但是 firstTask 为 null,且 workQueue 非空,那么是允许创建 worker 的
            if (rs >= SHUTDOWN &&
                ! (rs == SHUTDOWN &&
                   firstTask == null &&
                   ! workQueue.isEmpty()))
                return false;
    
            for (;;) {
                int wc = workerCountOf(c);
                if (wc >= CAPACITY ||
                    wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                    return false;
                // 如果成功,那么就是所有创建线程前的条件校验都满足了,准备创建线程执行任务了
                // 这里失败的话,说明有其他线程也在尝试往线程池中创建线程
                if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                    break retry;
                // 由于有并发,重新再读取一下 ctl
                c = ctl.get();
                // 正常如果是 CAS 失败的话,进到下一个里层的for循环就可以了
                // 可是如果是因为其他线程的操作,导致线程池的状态发生了变更,如有其他线程关闭了这个线程池
                // 那么需要回到外层的for循环
                if (runStateOf(c) != rs)
                    continue retry;
                // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
            }
        }
    
        /* 
         * 到这里,我们认为在当前这个时刻,可以开始创建线程来执行任务了,
         * 因为该校验的都校验了,至于以后会发生什么,那是以后的事,至少当前是满足条件的
         */
    
        // worker 是否已经启动
        boolean workerStarted = false;
        // 是否已将这个 worker 添加到 workers 这个 HashSet 中
        boolean workerAdded = false;
        Worker w = null;
        try {
            final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
            // 把 firstTask 传给 worker 的构造方法
            w = new Worker(firstTask);
            // 取 worker 中的线程对象,之前说了,Worker的构造方法会调用 ThreadFactory 来创建一个新的线程
            final Thread t = w.thread;
            if (t != null) {
                // 这个是整个类的全局锁,持有这个锁才能让下面的操作“顺理成章”,
                // 因为关闭一个线程池需要这个锁,至少我持有锁的期间,线程池不会被关闭
                mainLock.lock();
                try {
    
                    int c = ctl.get();
                    int rs = runStateOf(c);
    
                    // 小于 SHUTTDOWN 那就是 RUNNING,这个自不必说,是最正常的情况
                    // 如果等于 SHUTDOWN,前面说了,不接受新的任务,但是会继续执行等待队列中的任务
                    if (rs < SHUTDOWN ||
                        (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                        // worker 里面的 thread 可不能是已经启动的
                        if (t.isAlive())
                            throw new IllegalThreadStateException();
                        // 加到 workers 这个 HashSet 中
                        workers.add(w);
                        int s = workers.size();
                        // largestPoolSize 用于记录 workers 中的个数的最大值
                        // 因为 workers 是不断增加减少的,通过这个值可以知道线程池的大小曾经达到的最大值
                        if (s > largestPoolSize)
                            largestPoolSize = s;
                        workerAdded = true;
                    }
                } finally {
                    mainLock.unlock();
                }
                // 添加成功的话,启动这个线程
                if (workerAdded) {
                    // 启动线程
                    t.start();
                    workerStarted = true;
                }
            }
        } finally {
            // 如果线程没有启动,需要做一些清理工作,如前面 workCount 加了 1,将其减掉
            if (! workerStarted)
                addWorkerFailed(w);
        }
        // 返回线程是否启动成功
        return workerStarted;
    }
    

    在这段代码可以看出,调用了t.start();

    3.3 runWorker() 源码解读

    根据上面代码可知,调用了Worker的t.start()之后,紧接着会调用Worker的run()方法,run()源码如下:

    public void run() {
        runWorker(this);
    }
    

    runWorker()源码如下:

    //  worker 线程启动后调用,while 循环(即自旋!)不断从等待队列获取任务并执行
    //  worker 初始化时,可指定 firstTask,那么第一个任务也就可以不需要从队列中获取
    final void runWorker(Worker w) {
        Thread wt = Thread.currentThread();
        // 该线程的第一个任务(若有)
        Runnable task = w.firstTask;
        w.firstTask = null;
        // 允许中断
        w.unlock(); 
        boolean completedAbruptly = true;
        try {
            // 循环调用 getTask 获取任务
            while (task != null || (task = getTask()) != null) {
                w.lock();          
                // 若线程池状态大于等于 STOP,那么意味着该线程也要中断
                  /**
                   * 若线程池STOP,请确保线程 已被中断
                   * 如果没有,请确保线程未被中断
                   * 这需要在第二种情况下进行重新检查,以便在关中断时处理shutdownNow竞争
                   */
                if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                     (Thread.interrupted() &&
                      runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                    !wt.isInterrupted())
                    wt.interrupt();
                try {
                    // 这是一个钩子方法,留给需要的子类实现
                    beforeExecute(wt, task);
                    Throwable thrown = null;
                    try {
                        // 到这里终于可以执行任务了
                        task.run();
                    } catch (RuntimeException x) {
                        thrown = x; throw x;
                    } catch (Error x) {
                        thrown = x; throw x;
                    } catch (Throwable x) {
                        // 这里不允许抛出 Throwable,所以转换为 Error
                        thrown = x; throw new Error(x);
                    } finally {
                        // 也是一个钩子方法,将 task 和异常作为参数,留给需要的子类实现
                        afterExecute(task, thrown);
                    }
                } finally {
                    // 置空 task,准备 getTask 下一个任务
                    task = null;
                    // 累加完成的任务数
                    w.completedTasks++;
                    // 释放掉 worker 的独占锁
                    w.unlock();
                }
            }
            completedAbruptly = false;
        } finally {
            // 到这里,需要执行线程关闭
            // 1. 说明 getTask 返回 null,也就是说,这个 worker 的使命结束了,执行关闭
            // 2. 任务执行过程中发生了异常
            //    第一种情况,已经在代码处理了将 workCount 减 1,这个在 getTask 方法分析中说
            //    第二种情况,workCount 没有进行处理,所以需要在 processWorkerExit 中处理
            processWorkerExit(w, completedAbruptly);
        }
    }
    

    3.4 getTask() 源码解读

    runWorker里面的有getTask(),来看下具体的实现:

    // 此方法有三种可能
    // 1. 阻塞直到获取到任务返回。默认 corePoolSize 之内的线程是不会被回收的,它们会一直等待任务
    // 2. 超时退出。keepAliveTime 起作用的时候,也就是如果这么多时间内都没有任务,那么应该执行关闭
    // 3. 如果发生了以下条件,须返回 null
    //     池中有大于 maximumPoolSize 个 workers 存在(通过调用 setMaximumPoolSize 进行设置)
    //     线程池处于 SHUTDOWN,而且 workQueue 是空的,前面说了,这种不再接受新的任务
    //     线程池处于 STOP,不仅不接受新的线程,连 workQueue 中的线程也不再执行
    private Runnable getTask() {
        boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?
       for (;;) {
       			// 允许核心线程数内的线程回收,或当前线程数超过了核心线程数,那么有可能发生超时关闭
                // 这里 break,是为了不往下执行后一个 if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
                // 两个 if 一起看:如果当前线程数 wc > maximumPoolSize,或者超时,都返回 null
                // 那这里的问题来了,wc > maximumPoolSize 的情况,为什么要返回 null?
                // 换句话说,返回 null 意味着关闭线程。
                // 那是因为有可能开发者调用了 setMaximumPoolSize 将线程池的 maximumPoolSize 调小了
                // 如果此 worker 发生了中断,采取的方案是重试
                // 解释下为什么会发生中断,这个读者要去看 setMaximumPoolSize 方法,
                // 如果开发者将 maximumPoolSize 调小了,导致其小于当前的 workers 数量,
                // 那么意味着超出的部分线程要被关闭。重新进入 for 循环,自然会有部分线程会返回 null
                int c = ctl.get();
                int rs = runStateOf(c);
                // Check if queue empty only if necessary.
                if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
                    // CAS 操作,减少工作线程数
                    decrementWorkerCount();
                    return null;
                }
                int wc = workerCountOf(c);
                // Are workers subject to culling?
                boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
                if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
                    && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
                    if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
                        return null;
                    continue;
                }
                try {
                    Runnable r = timed ?
                        workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
                        workQueue.take();
                    if (r != null)
                        return r;
                    timedOut = true;
                } catch (InterruptedException retry) {
                // 如果此 worker 发生了中断,采取的方案是重试
                // 解释下为什么会发生中断,这个读者要去看 setMaximumPoolSize 方法,
                // 如果开发者将 maximumPoolSize 调小了,导致其小于当前的 workers 数量,
                // 那么意味着超出的部分线程要被关闭。重新进入 for 循环,自然会有部分线程会返回 null
                    timedOut = false;
                }
            }
    }
    

    四、线程池执行流程

    线程池的执行流程如下图:

    Threadpool

    五、总结

    本文总结以问答的形式展示,引自《深度解读 java 线程池设计思想及源码实现》,最下方附参考地址。

    1、线程池有哪些关键属性?

    1. corePoolSize 到 maximumPoolSize 之间的线程会被回收,当然 corePoolSize 的线程也可以通过设置而得到回收(allowCoreThreadTimeOut(true))。

    2. workQueue 用于存放任务,添加任务的时候,如果当前线程数超过了 corePoolSize,那么往该队列中插入任务,线程池中的线程会负责到队列中拉取任务。

    3. keepAliveTime 用于设置空闲时间,如果线程数超出了 corePoolSize,并且有些线程的空闲时间超过了这个值,会执行关闭这些线程的操作

    4. rejectedExecutionHandler 用于处理当线程池不能执行此任务时的情况,默认有抛出 RejectedExecutionException 异常、忽略任务、使用提交任务的线程来执行此任务和将队列中等待最久的任务删除,然后提交此任务这四种策略,默认为抛出异常。

    2、线程池中的线程创建时机?

    1. 如果当前线程数少于 corePoolSize,那么提交任务的时候创建一个新的线程,并由这个线程执行这个任务;

    2. 如果当前线程数已经达到 corePoolSize,那么将提交的任务添加到队列中,等待线程池中的线程去队列中取任务;

    3. 如果队列已满,那么创建新的线程来执行任务,需要保证池中的线程数不会超过 maximumPoolSize,如果此时线程数超过了 maximumPoolSize,那么执行拒绝策略。

    3、任务执行过程中发生异常怎么处理?

    如果某个任务执行出现异常,那么执行任务的线程会被关闭,而不是继续接收其他任务。然后会启动一个新的线程来代替它。

    4、什么时候会执行拒绝策略?

    • workers 的数量达到了 corePoolSize,任务入队成功,以此同时线程池被关闭了,而且关闭线程池并没有将这个任务出队,那么执行拒绝策略。这里说的是非常边界的问题,入队和关闭线程池并发执行,读者仔细看看 execute 方法是怎么进到第一个 reject(command) 里面的。
    • workers 的数量大于等于 corePoolSize,准备入队,可是队列满了,任务入队失败,那么准备开启新的线程,可是线程数已经达到 maximumPoolSize,那么执行拒绝策略。

    六、参考资料

    书籍:《码出高效:Java开发手册》

    Java核心技术36讲:http://t.cn/EwUJvWA

    深度解读 java 线程池设计思想及源码实现:https://javadoop.com/post/java-thread-pool

    Java线程池-ThreadPoolExecutor源码解析(基于Java8):https://www.imooc.com/article/42990

    课程推荐:

    线程池创建

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