Java8线程池ThreadPoolExecutor底层原理及其源码解析

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Java8线程池ThreadPoolExecutor底层原理及其源码解析

小侃一下

日常开发中, 或许不会直接new线程或线程池, 但这些线程相关的基础或思想是非常重要的, 参考 林迪效应 ;

就算没有直接用到, 可能间接也用到了类似的思想或原理, 例如tomcat, jetty, 数据库连接池, MQ;

本文不会对线程的基础知识进行介绍, 所以最好已”进食”关于线程的基础知识, 再”食用”本文更佳;

由于在下的工作及其它原因, 前后花费了数月的时间才完成这篇博客, 希望能帮助到想要了解 ThreadPoolExecutor 线程池源码和原理的同学.

1. 使用线程池的好处. 为什么要使用线程池?

  1. 避免 频繁创建、销毁 线程的开销; 复用创建的线程.

  2. 及时响应提交的任务; 提交一个任务,不再是每次都需要创建新的线程.

  3. 避免每次提交的任务都新建线程, 造成 服务器资源耗尽 , 线程频繁上下文切换 等服务器资源开销.

  4. 更容易 监控、管理 线程; 可以统计出已完成的任务数, 活跃的线程数, 等待的任务数等, 可以重写hook方法 beforeExecute , afterExecute , terminated , 重写之后, 结合具体的业务进行处理.

2. 线程池核心参数介绍

参数 意义
corePoolSize 线程池中的核心线程数
workQueue 存放提交的task
maximumPoolSize 线程池中允许的最大线程数
threadFactory 线程工厂, 用来创建线程, 由 Executors#defaultThreadFactory 实现
keepAliveTime 空闲线程存活时间(默认是临时线程, 也可设置为核心线程)
unit 空闲线程存活时间单位枚举

下面将结合线程池中的任务提交流程加深理解.

3. 提交任务到线程池中的流程

3.1 ThreadPoolExecutor#execute方法整体流程

这里以 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor#execute 方法为例, 画一个简单的图:

上图中的worker可简单理解为线程池中的一个线程, workers.size() 即使 线程池中的线程数 ;

  1. workers.size() 小于 corePoolSize 时, 创建新的线程执行提交的task.
  2. workers.size() 大于 corePoolSize 时, 并且 workQueue 没有满, 将task添加到 workQueue .
  3. workers.size() 大于 corePoolSize 时, 并且 workQueue 已经满了, 但是 workers.size()<maximumPoolSize , 就创建一个临时线程处理task.
  4. workers.size() 大于 corePoolSize 时, 并且 workQueue 已经满了, 但是 workers.size()>=maximumPoolSize , 执行拒绝策略.

后续会有对 ThreadPoolExecutor#execute 方法的详细解读: execute方法源码: 提交task到线程池 .

4种默认的拒绝策略: ThreadPoolExecutor默认实现的4种拒绝策略 .

3.2 排队恰火锅的场景

这里我们可以想像一个场景: 去海底捞吃火锅;

下午4点晚市正式开始排队, 假如店内一共有16张桌子, 陆续光临的16组客人将店内坐满;

店外一共有20组客人座位, 则第17~36组客人坐在店外排队;

第37组客人来了, 启动临时餐桌供客人吃饭.

所以, 这里的店内16张桌子则是 corePoolSize , 店外一共有20组座位则为 BlockingQueue , 而临时餐桌数量即 maximumPoolSize-corePoolSize .

上面的例子并非绝对完美, 仅仅是为了便于我们理解线程池的各个参数, 以及加深印象.

4. ThreadPoolExecutor线程池源码及其原理

有了上面对线程池的总体了解后, 下面结合源码来看看线程池的底层原理吧!

4.1 从创建ThreadPoolExecutor开始: 线程池构造函数的源码

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}

上面是 ThreadPoolExecutor 参数最少的一个构造方法, 默认的 ThreadFactoryExecutors.defaultThreadFactory() , 默认的 RejectedExecutionHandlerdefaultHandler = new AbortPolicy() ;

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;
}

上面是 ThreadPoolExecutor 参数最多的一个构造方法, 其他构造方法都是传入参数调用这个构造方法, 默认的线程工厂见 默认的线程工厂Executors#defaultThreadFactory , 各个参数在线程池核心参数介绍已经介绍.

4.2 ThreadPoolExecutor中的一些重要的属性

对一些重要属性有基础的认知, 有助于后面我们更容易看懂源码流程.

4.2.1 线程池的运行状态

private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;
// runState is stored in the high-order bits
private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

根据上面源码可知, COUNT_BITS 的值为29, CAPACITY 的值为2的29次方-1, 二进制表示为: “00011111111111111111111111111111”(明显29个1);

上面的源码中线程池的运行状态的二进制表示:

状态 二进制 意义
RUNNING 11100000000000000000000000000000 接受 新execute 的task, 执行 已入队 的task
SHUTDOWN 0 不接受 新execute 的task, 但执行 已入队 的task, 中断所有空闲的线程
STOP 00100000000000000000000000000000 不接受 新execute 的task, 不执行 已入队 的task, 中断所有的线程
TIDYING 01000000000000000000000000000000 所有线程停止, workerCount 数量为0, 将执行hook方法: terminated()
TERMINATED 01100000000000000000000000000000 terminated()方法执行完毕

可以看出, 线程池的状态由32位 int 整型的二进制的 前三位 表示.

下图根据 Javadoc 所画:

4.2.2 核心属性 ctl 源码(线程池状态和有效线程数)

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));

核心属性 ctl , 数据类型是 AtomicInteger , 表示了两个含义:

runState
workerCount

那是如何做到一个属性表示两个含义的呢? 那就要看看 ctlOf 方法

private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

ctlOf 方法在线程池内部用来更新线程池的 ctl 属性,比如 ctl 初始化的时候: ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0)) , 调用 ThreadPoolExecutor#shutdown 方法等;

rs 表示 runState , wc 表示 workerCount ;

runStateworkerCount按位或 运算得到 ctl 的值;

runStateworkerCount 的值由下面两个方法packing和unpacking, 这里的形参 c 就是 ctl.get() 的值;

// Packing and unpacking ctl
private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }
private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }

下面用表格更清晰理解:

方法 方法体 带入CAPACITY的值
runStateOf c & ~CAPACITY c & 11100000000000000000000000000000
workerCountOf c & CAPACITY c & 00011111111111111111111111111111

按位与运算, 相同位置, 同1才为1, 其余为0;

结合表格看, runStateOf 方法取 ctl 前3位表示 runState , workerCountOf 方法取第4~32位的值表示 workerCount ;

相信大家已经明白 runStateworkerCount 如何被packing和unpacking, 这就是为什么 ctl 能即表示 runState 又能表示 wokerCount .

Note: 众所周知, 与2的整数次幂-1进行按位与运算结果等于取余运算的结果, 而位运算效率高于取余运算, 与Java8及其之后的 HashMap 的散列方式有同曲同工之妙, 见: https://www.cnblogs.com/theRhyme/p/9404082.html#_lab2_1_16 .

4.2.3 线程池中的mainLock锁

private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();

这把可重入锁, 在线程池的很多地方会被用到;

比如要对 workers (线程池中的线程集合)操作的时候(如添加一个worker到工作中), interrupt所有的 workers , 调用shutdown方法等.

4.2.4 线程池中的线程集合

private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();

用来保存当前线程池中的所有线程;

可通过该集合对线程池中的线程进行 中断 , 遍历 等;

创建新的线程时, 要添加到该集合, 移除线程, 也要从该集合中移除对应的线程;

对该集合操作都需要 mainLock 锁.

4.2.5 mainLock的Condition()对象

private final Condition termination = mainLock.newCondition();

主要是为了让tryTerminate方法与awaitTermination方法结合使用;

tryTerminate 又被 shutdownshutdownNowprocessWorkerExit 等方法调用;

Condition对象 termination 的作用就是当线程池中的状态表示的值小于 TERMINATED 的值3时, 当前调用了awaitTermination方法的线程就会wait对应的时间;

等到过了指定的wait时间, 或者线程池状态等于或大于TERMINATED, wait的线程被唤醒, 就继续执行;

如果不清楚 wait(long)wait() 的区别可参考: Object#wait()与Object#wait(long)的区别 .

4.2.6 线程池中曾经达到的最大线程数

private int largestPoolSize;

用作监控, 查看当前线程池, 线程数最多的时候的数量是多少, 见方法 ThreadPoolExecutor#getLargestPoolSize ;

mainLock 保证其可见性和原子性.

4.2.7 线程池中已完成的任务数

private long completedTaskCount;

通过方法 ThreadPoolExecutor#getCompletedTaskCount 获取.

4.2.8 核心线程池中的空闲线程

private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut;

默认情况下, 只有临时线程超过了 keepAliveTime 的时间会被回收;

allowCoreThreadTimeOut 默认为false, 如果设置为true, 则会通过 中断 或getTask的结果为 null 的方式停止超过 keepAliveTime核心线程 , 具体见getTask方法, 后续会详细介绍.

5. ThreadPoolExecutor一些重要的方法源码及其原理解析

5.1 execute方法源码: 提交task到线程池

public void execute(Runnable command) {
// 如果task为null, 抛出NPE
if (command == null)
throw new NullPointerException();
// 获得ctl的int值
int c = ctl.get();
// workerCount小于corePoolSize
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
// 添加一个新的worker, 作为核心线程池的线程
if (addWorker(command, true))
// 添加worker作为核心线程成功, execute方法退出
return;
// 添加worker作为核心线程失败, 重新获取ctl的int值
c = ctl.get();
}
// 线程池是RUNNING状态并且task入阻塞队列成功
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
// double-check, 再次获取ctl的值
int recheck = ctl.get();
// 线程池不是RUNNING状态并且当前task从workerQueue被移除成功
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
// 执行拒绝策略
reject(command);
// 线程池中的workerCount为0
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
// 启动一个非核心线程, 由于这里的task参数为null, 该线程会从workerQueue拉去任务
addWorker(null, false);
}
// 添加一个非核心线程执行提交的task
else if (!addWorker(command, false))
// 添加一个非核心线程失败, 执行拒绝策略
reject(command);
}

结合上面代码中的注释和 提交任务到线程池中的流程 , 相信我们已经对这个 execute 方法提交task到线程池的流程的源码更加清晰了.

5.2 addWorker方法源码: 创建线程并启动, 执行提交的task

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
retry:
for (;;) {
int c = ctl.get();
// 线程池运行状态
int rs = runStateOf(c);
// 如果线程池运行状态大于等于SHUTDOWN, 提交的firstTask为null, workQueue为null,返回false
if (rs >= SHUTDOWN &&
! (rs == SHUTDOWN &&
firstTask == null &&
! workQueue.isEmpty()))
return false;
for (;;) {
// workerCount
int wc = workerCountOf(c);
// 线程数大于了2的29次方-1, 或者想要添加为核心线程但是核心线程池满, 或者想要添加为临时线程, 但是workerCount等于或大于了最大的线程池线程数maximumPoolSize, 返回false
if (wc >= CAPACITY ||
wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
return false;
// CAS的方式让workerCount数量增加1,如果成功, 终止循环
if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
break retry;
c = ctl.get();
// 再次检查runState, 如果被更改, 重头执行retry代码
if (runStateOf(c) != rs)
continue retry;
// 其他的, 上面的CAS如果由于workerCount被其他线程改变而失败, 继续内部的for循环
}
}
// 标志位workerStarted, workerAdded
boolean workerStarted = false;
boolean workerAdded = false;
Worker w = null;
try {
// 传入task对象, 创建Worker对象
w = new Worker(firstTask);
// 从worker对象中回去Thread对象
final Thread t = w.thread;
if (t != null) {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
// 获取mainLock锁
mainLock.lock();
try {
// 获取mainLock锁之后, 再次检查runState
int rs = runStateOf(ctl.get());
// 如果是RUNNING状态, 或者是SHUTDOWN状态并且传入的task为null(执行workQueue中的task)
if (rs < SHUTDOWN ||
(rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
// 线程已经被启动, 抛出IllegalThreadStateException
if (t.isAlive())
throw new IllegalThreadStateException();
// 将worker对象添加到HashSet
workers.add(w);
int s = workers.size();
// 线程池中曾经达到的最大线程数(上面4.2.6提到过)
if (s > largestPoolSize)
largestPoolSize = s;
// worker被添加成功
workerAdded = true;
}
} finally {
// 释放mainLock锁
mainLock.unlock();
}
// 如果worker被添加成功, 启动线程, 执行对应的task
if (workerAdded) {
t.start();
workerStarted = true;
}
}
} finally {
// 如果线程启动失败, 执行addWorkerFailed方法
if (! workerStarted)
addWorkerFailed(w);
}
return workerStarted;
}

每行代码都有详细的对应的注释, 相信我们已经明白了 addWorker 方法的过程.

5.3 Worker类源码: 线程是如何执行提交到线程池中的task?

上面的addWorker方法中, 获得 Worker 对象中的 Thread 对象( final Thread t = w.thread; ), 并调用线程的 start 方法启动线程执行 Worker中的run 方法.

5.3.1 Worker 的定义

继承了 AQS(AbstractQueuedSynchronizer) , 重写了部分方法, 这里的主要作用主要是通过tryLock或isLocked方法判断 当前线程是否正在执行Worker中的run方法 , 如果返回 false , 则线程没有正在执行或没有处于active, 反之, 处于;

结合 getActiveCount方法源码 理解;

实现了 Runnable 接口, 是一个线程可执行的任务.

private final class Worker
extends AbstractQueuedSynchronizer
implements Runnable{
...
}

5.3.2 Worker中的属性

属性 意义
final Thread thread 线程对象, worker会被提交到该线程
Runnable firstTask 提交到线程池中的task, 可能为null, 比如方法 ThreadPoolExecutor#prestartCoreThread
volatile long completedTasks 每个线程完成的任务数

5.3.3 Worker的构造方法

首先设置初始状态 state 为-1, 这里的 setState 方法是 AQS 中的方法;

提交的task赋值给 firstTask 属性;

利用 ThreadFactory , 传入当前Worker对象( 为了执行当前Worker中的run方法 ), 创建 Thread 对象.

Worker(Runnable firstTask) {
setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
this.firstTask = firstTask;
this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}

5.3.4 Worker中的run方法

Worker对象的 run 方法, 直接调用了 ThreadPoolExecutor 的runWorker方法.

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

5.3.5 Worker中的重写AQS的方法tryAcquire, tryRelease, isHeldExclusively

5.3.5.1 tryAcquire方法

尝试将 state 从0设置为1, 成功后把当前持有锁的线程设置为 当前线程 ;

形参 unused 没有用到.

protected boolean tryAcquire(int unused) {
if (compareAndSetState(0, 1)) {
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
return true;
}
return false;
}

5.3.5.2 tryRelease方法

直接将当前持有锁的线程设置为null, 将 state 设置为1;

形参 unused 没有用到.

protected boolean tryRelease(int unused) {
setExclusiveOwnerThread(null);
setState(0);
return true;
}

5.3.5.3 isHeldExclusively方法

判断当前线程是否已经获取了 Worker 的锁;

如果 getState() == 0 , 则没有线程获取了该锁, 可以尝试获取锁, 将 state 设置为1;

如果 getState() == 1 , 已经有线程获取了该锁, 互斥, 此时无法获取该锁.

protected boolean isHeldExclusively() {
return getState() != 0;
}

5.3.6 lock方法

获取锁, 直到获取到锁为止(具体见 AbstractQueuedSynchronizer#acquireQueued 方法);

public void lock()        { acquire(1); }

5.3.7 tryLock方法

tryLock , 尝试获取锁, 获取到返回true, 否则返回false.

public boolean tryLock()  { return tryAcquire(1); }

5.3.8 isLocked方法

isLocked 方法, 如果当前有线程持有该锁, 则返回true, 否则返回false.

public boolean isLocked() { return isHeldExclusively(); }

5.3.9 interruptIfStarted方法

线程启动会调用 unlock 方法(ThreadPoolExecutor.java第1131行), 将state设置为0;

如果线程已经启动, 并且没有被中断, 调用线程的中断方法.

void interruptIfStarted() {
Thread t;
if (getState() >= 0 && (t = thread) != null && !t.isInterrupted()) {
try {
t.interrupt();
} catch (SecurityException ignore) {
}
}
}

5.3.10 unlock方法

底层调用worker的tryRelease方法, 设置state为0.

public void unlock()      { release(1); }

5.4 runWorker方法源码: 线程池中线程被复用的关键

执行提交的task或死循环从 BlockingQueue 获取task.

final void runWorker(Worker w) {
Thread wt = Thread.currentThread();
Runnable task = w.firstTask;
w.firstTask = null;
w.unlock();
boolean completedAbruptly = true;
try {
// 当传入的task不为null, 或者task为null但是从BlockingQueue中获取的task不为null
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
// 执行任务之前先获取锁
w.lock();
// 线程池状态如果为STOP, 或者当前线程是被中断并且线程池是STOP状态, 或者当前线程不是被中断;
// 则调用interrupt方法中断当前线程
if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
(Thread.interrupted() &&
runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
!wt.isInterrupted())
wt.interrupt();
try {
// beforeExecute hook方法
beforeExecute(wt, task);
Throwable thrown = null;
try {
// 真正执行提交的task的run方法
task.run();
} catch (RuntimeException x) {
thrown = x; throw x;
} catch (Error x) {
thrown = x; throw x;
} catch (Throwable x) {
thrown = x; throw new Error(x);
} finally {
// afterExecute hook方法
afterExecute(task, thrown);
}
} finally {
// task赋值为null, 下次从BlockingQueue中获取task
task = null;
w.completedTasks++;
w.unlock();
}
}
completedAbruptly = false;
} finally {
processWorkerExit(w, completedAbruptly);
}

5.5 getTask方法源码: 从BlockingQueue中获取task

private Runnable getTask() {
// BlockingQueue的poll方法是否已经超时
boolean timedOut = false;
for (;;) {
int c = ctl.get();
int rs = runStateOf(c);
// 如果线程池状态>=SHUTDOWN,并且BlockingQueue为null;
// 或者线程池状态>=STOP
// 以上两种情况都减少工作线程的数量, 返回的task为null
if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
decrementWorkerCount();
return null;
}
int wc = workerCountOf(c);
// 当前线程是否需要被淘汰
boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
&& (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
return null;
continue;
}
try {
// BlockingQueue的poll方法超时会直接返回null
// BlockingQueue的take方法, 如果队列中没有元素, 当前线程会wait, 直到其他线程提交任务入队唤醒当前线程.
Runnable r = timed ?
workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
workQueue.take();
if (r != null)
return r;
timedOut = true;
} catch (InterruptedException retry) {
timedOut = false;
}
}
}

5.6 shutdown方法源码: 中断所有空闲的线程

public void shutdown() {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
checkShutdownAccess();
// 死循环将线程池状态设置为SHUTDOWN
advanceRunState(SHUTDOWN);
// 中断所有空闲的线程
interruptIdleWorkers();
// hook函数, 比如ScheduledThreadPoolExecutor对该方法的重写
onShutdown();
} finally {
mainLock.unlock();
}
tryTerminate();
}

5.7 shutdownNow方法源码: 中断所有空闲的线程, 删除并返回BlockingQueue中所有的task

public List<Runnable> shutdownNow() {
List<Runnable> tasks;
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
checkShutdownAccess();
// 死循环将线程池状态设置为STOP
advanceRunState(STOP);
// 中断所有空闲的线程
interruptWorkers();
// 删除并返回BlockingQueue中所有的task
tasks = drainQueue();
} finally {
mainLock.unlock();
}
tryTerminate();
// 返回BlockingQueue中所有的task
return tasks;
}

6. ThreadPoolExecutor一些其他的方法和属性介绍

6.1 默认的线程工厂Executors#defaultThreadFactory

默认的线程工厂的两个重要作用就是 创建线程初始化线程名前缀 .

创建 DefaultThreadFactory 对象.

public static ThreadFactory defaultThreadFactory() {
return new DefaultThreadFactory();
}

DefaultThreadFactory 默认构造方法, 初始化 ThreadGroup 和创建出的 线程名前缀 namePrefix .

static class DefaultThreadFactory implements ThreadFactory {
private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1);
private final ThreadGroup group;
private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);
private final String namePrefix;
DefaultThreadFactory() {
SecurityManager s = System.getSecurityManager();
group = (s != null) ? s.getThreadGroup() :
Thread.currentThread().getThreadGroup();
namePrefix = "pool-" +
poolNumber.getAndIncrement() +
"-thread-";
}
public Thread newThread(Runnable r) {
Thread t = new Thread(group, r,
namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(),
0);
if (t.isDaemon())
// 非daemon线程, 不会随父线程的消亡而消亡
t.setDaemon(false);
if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY)
t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
return t;
}
}

6.2 ThreadPoolExecutor默认实现的4种拒绝策略

6.2.1 CallerRunsPolicy

如果线程池状态不是 SHUTDOWN , 由提交任务到线程池中(如调用 ThreadPoolExecutor#execute 方法)的线程执行该任务;

如果线程池状态是 SHUTDOWN , 则该任务会被直接丢弃掉, 不会再次入队被任何线程执行 .

public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
public CallerRunsPolicy() { }
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
if (!e.isShutdown()) {
r.run();
}
}
}

6.2.2 AbortPolicy

在调用提交任务到线程池中(如调用 ThreadPoolExecutor#execute 方法)的线程中直接抛出 RejectedExecutionException 异常, 当然任务也不会被执行, 提交任务的线程如果未捕获异常会因此停止.

public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler {
public AbortPolicy() { }
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() +
" rejected from " +
e.toString());
}
}

6.2.3 DiscardPolicy

直接丢弃掉这个任务, 不做任何事情.

public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler {
public DiscardPolicy() { }
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
}
}

6.2.4 DiscardOldestPolicy

线程池如果不是 SHUTDOWN 状态, 丢弃最老的任务, 即 workQueue 队头的任务, 将当前任务 execute 提交到线程池;

CallerRunsPolicy 一样, 如果线程池状态是 SHUTDOWN , 则该任务会被直接丢弃掉, 不会再次入队或被任何线程执行.

public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler {
public DiscardOldestPolicy() { }
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
if (!e.isShutdown()) {
e.getQueue().poll();
e.execute(r);
}
}

6.3 addWorkerFailed方法源码: 移除启动线程失败的worker

private void addWorkerFailed(Worker w) {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
// 获取mainLock锁
mainLock.lock();
try {
// 如果worker不为null, 从HashSet中移除worker
if (w != null)
workers.remove(w);
// 循环执行CAS操作直到让workerCount数量减少1
decrementWorkerCount();
// 执行tryTerminate方法
tryTerminate();
} finally {
mainLock.unlock();
}
}

6.4 tryTerminate方法源码: 尝试更改runState, workerCount, 尝试关闭线程池

final void tryTerminate() {
for (;;) {
// 获取ctl, runState和workerCount
int c = ctl.get();
// 当前线程池状态是否是RUNNING, 或者是否是TIDYING或TERMINATED状态, 或者是否是SHUTDOWN状态并且workQueue不为空(需要被线程执行), return结束方法
if (isRunning(c) ||
runStateAtLeast(c, TIDYING) ||
(runStateOf(c) == SHUTDOWN && ! workQueue.isEmpty()))
return;
// workerCount如果不为0, 随机中断一个空闲的线程, return结束方法
if (workerCount如果不为0,(c) != 0) {
interruptIdleWorkers(ONLY_ONE);
return;
}
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
// 获取mainLock锁
mainLock.lock();
try {
// CAS方式设置当前线程池状态为TIDYING, workerCount为0
if (ctl.compareAndSet(c, ctlOf(TIDYING, 0))) {
try {
// 执行hook方法terminated
terminated();
} finally {
// 设置当前线程池状态为TERMINATED, workerCount为0
ctl.set(ctlOf(TERMINATED, 0));
// 唤醒调用了awaitTermination方法的线程
termination.signalAll();
}
return;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
// 当CAS失败, 循环重试
}
}

6.5 awaitTermination方法源码: 等待指定时间后, 线程池是否已经关闭

死循环判断, 如果当前线程池状态小于 TERMINATED , 则 wait 对应的时间;

如果过了 wait 的时间( nanos <= 0 ), 线程池状态大于等于 TERMINATED 则循环终止, 函数返回 true , 否则返回 false .

public boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
long nanos = unit.toNanos(timeout);
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
for (;;) {
if (runStateAtLeast(ctl.get(), TERMINATED))
return true;
if (nanos <= 0)
return false;
nanos = termination.awaitNanos(nanos);
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
}

6.6 prestartCoreThread方法源码: 预启动一个核心线程

如果 当前线程池中的核心线程数 小于 corePoolSize , 则增加一个 核心线程 ( 提交的task为null ).

public boolean prestartCoreThread() {
return workerCountOf(ctl.get()) < corePoolSize &&
addWorker(null, true);
}

6.7 prestartAllCoreThreads方法源码: 预先启动线程池中的所有核心线程

启动所有的核心线程.

public int prestartAllCoreThreads() {
int n = 0;
while (addWorker(null, true))
++n;
return n;
}

6.8 getActiveCount方法源码: 获得当前线程池中活跃的线程

获得当前线程池中活跃的线程(即正在执行task没有wait的线程, [runWorker](#5.4 runWorker方法源码: 线程池中线程被复用的关键)方法中的同步代码块).

public int getActiveCount() {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
int n = 0;
for (Worker w : workers)
if (w.isLocked())
++n;
return n;
} finally {
mainLock.unlock();
}
}

总结

通过介绍 ThreadPoolExecutor 的构造方法, 重要属性, execute 方法, 引出 Worker 类, 以及真正的线程处理提交到线程池中的 task 的源码和流程, 对 ThreadPoolExecutor 整体结构有了清晰的认知;

线程池 ThreadPoolExecutor 使用 BlockingQueue 实现线程间的等待-通知机制, 当然也可以自己手动实现;

复用线程体现在runWorker方法中, 死循环+ BlockingQueue 的特性.

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Java8线程池ThreadPoolExecutor底层原理及其源码解析

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