JAVA并發(fā)問題-線程池ThreadPool

JAVA中提供的線程池

Executors工廠類

Executors工具類提供了5種線程池的創(chuàng)建方法

    // 線程數(shù)動態(tài)創(chuàng)建噪矛,每個空閑線程會在默認(rèn)60秒后被回收
    ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
    // 固定線程數(shù)的線程池
    ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
    // 定時器線程
    ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(10);
    // 單線程松邪,只有一個核心線程的線程池
    ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
    // fork/join線程池
    ExecutorService newWorkStealingPool = Executors.newWorkStealingPool();

每種線程池都有不同的作用,這里不一一展開,只從他們的原理說明缤剧。
我們看下這五種線程池的構(gòu)造方法

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
}
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
public static ExecutorService newWorkStealingPool() {
        return new ForkJoinPool
            (Runtime.getRuntime().availableProcessors(),
             ForkJoinPool.defaultForkJoinWorkerThreadFactory,
             null, true);
}

除了newScheduledThreadPoolnewWorkStealingPool,其他都是通過創(chuàng)建
ThreadPoolExecutor實現(xiàn)線程池.下面對ThreadPoolExecutor構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)進行了解。

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, //核心線程數(shù)
                              int maximumPoolSize, // 最大線程數(shù)
                              long keepAliveTime, //空閑超時時間缎除,worker線程無任務(wù)執(zhí)行严就,等待時間
                              TimeUnit unit, //超時時間單位
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue, //等待隊列
                              ThreadFactory threadFactory, //線程工廠
                              RejectedExecutionHandler handler //拒絕策略
)

通過對ThreadPoolExecutor參數(shù)的不同設(shè)置,Executors創(chuàng)建了不同功能的線程池器罐。

ThreadPoolExecutor的實現(xiàn)原理

ThreadPoolExecutor中包含屬性Ctl使用高三位保存線程池的運行狀態(tài)梢为,低29位保存工作線程數(shù),使用位運算進行操作轰坊。

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

再看一下execute方法

public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        int c = ctl.get();
        // 當(dāng)前worker數(shù)量小于核心線程數(shù) 則添加worker
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }
        // 如果超過核心線程數(shù)則嘗試加入等待隊列
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            int recheck = ctl.get();
            // 如果這時有線程池shutdown了铸董,把剛剛添加的移除
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                //執(zhí)行拒絕策略  
                reject(command);
            //  添加空worker
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                //注意此時core參數(shù)為false,用于判斷最大線程數(shù)
                addWorker(null, false);
        }
        // worker數(shù)量達(dá)到最大線程數(shù)肴沫,添加失敗粟害,拒絕
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }

再來看addWorker方法

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
//第一部分開始 主要作用判斷添加的worker是否超出數(shù)量
        retry:
        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            int rs = runStateOf(c);

            // Check if queue empty only if necessary.
            if (rs >= SHUTDOWN &&
                ! (rs == SHUTDOWN &&
                   firstTask == null &&
                   ! workQueue.isEmpty()))
                return false;

            for (;;) {
                int wc = workerCountOf(c);
                //工作線程數(shù)大于線程池容量,或則大于需要判斷的線程數(shù)大小颤芬,則添加失敗悲幅,進入等待隊列
                if (wc >= CAPACITY ||
                    wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                    return false;
                if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                    break retry;
                c = ctl.get();  // Re-read ctl
                if (runStateOf(c) != rs)
                    continue retry;
                // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
            }
        }
// 第一部分結(jié)束
// 第二部分 添加worker信息,將線程信息封裝worker對象站蝠,添加到workers(HashSet集合)
        boolean workerStarted = false;
        boolean workerAdded = false;
        Worker w = null;
        try {
            // 初始化了一個線程汰具,firstTask為execute方法傳入的線程實現(xiàn)。
            w = new Worker(firstTask);
            final Thread t = w.thread;
            if (t != null) {
                final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
                mainLock.lock();
                try {
                    // Recheck while holding lock.
                    // Back out on ThreadFactory failure or if
                    // shut down before lock acquired.
                    int rs = runStateOf(ctl.get());

                    if (rs < SHUTDOWN ||
                        (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                        if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
                            throw new IllegalThreadStateException();
                        workers.add(w);
                        int s = workers.size();
                        if (s > largestPoolSize)
                            largestPoolSize = s;
                        workerAdded = true;
                    }
                } finally {
                    mainLock.unlock();
                }
                if (workerAdded) {
                    // 啟動worker初始化是創(chuàng)建的線程
                    t.start();
                    workerStarted = true;
                }
            }
        } finally {
            if (! workerStarted)
                addWorkerFailed(w);
        }
// 第二部分結(jié)束
        return workerStarted;
    }

再來看下worker結(jié)構(gòu)

    private final class Worker extends AbstractQueuedSynchronizer implements Runnable {
        final Thread thread;
        Runnable firstTask;
        volatile long completedTasks;
    }
       Worker(Runnable firstTask) {
            setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
            this.firstTask = firstTask;
            //通過傳入當(dāng)前worker對象創(chuàng)建線程
            this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
        }
        public void run() {  
            runWorker(this);
        }

worker繼承了AQS,通過實現(xiàn)lock和unlock方法實現(xiàn)任務(wù)的執(zhí)行菱魔,防止執(zhí)行過程中被中斷留荔。并且包含一個Thread.
當(dāng)新建一個worker的時候創(chuàng)建了一個線程,而addWorker完成后啟動了這個線程,而這個線程傳入了worker豌习,worker實現(xiàn)了runnable接口的run方法存谎。真正啟動的是runworker方法

    final void runWorker(Worker w) {
        Thread wt = Thread.currentThread();
        Runnable task = w.firstTask;
        w.firstTask = null;
        w.unlock(); // allow interrupts
        boolean completedAbruptly = true;
        try {
            // 當(dāng)前worker是不斷循環(huán),線程復(fù)用的地方是getTask肥隆,getTask從等待隊列中獲取任務(wù)既荚,如果拿到任務(wù)了就繼續(xù)運行。如果為空則銷毀非核心線程worker
            while (task != null || (task = getTask()) != null) {
                // 這里的作用是當(dāng)線程池shutdown時栋艳,不中斷已經(jīng)運行的線程
                w.lock();
                if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                     (Thread.interrupted() &&
                      runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                    !wt.isInterrupted())
                    wt.interrupt();
                try {
                    beforeExecute(wt, task);
                    Throwable thrown = null;
                    try {
                      //通過worker線程執(zhí)行線程的run方法到達(dá)恰聘,線程池線程復(fù)用的作用
                        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(task, thrown);
                    }
                } finally {
                    task = null;
                    w.completedTasks++;
                    w.unlock();
                }
            }
            completedAbruptly = false;
        } finally {
            // 執(zhí)行完成移除worker,核心線程會被復(fù)用吸占。核心線程如果需要回收需要設(shè)置allowCoreThreadTimeOut
            processWorkerExit(w, completedAbruptly);
        }
    }

線程池的核心是復(fù)用線程晴叨,更好的管理線程的創(chuàng)建。阿里P3C規(guī)范中不建議使用Executors創(chuàng)建線程池矾屯,原因是為了讓使用者更好的控制ThreadPoolExecutor參數(shù)兼蕊,實現(xiàn)自己想要的結(jié)果。
另外ThreadPoolExecutor提供submit方法支持傳入Callable接口件蚕,并且?guī)Х祷刂邓锛肌F鋵崿F(xiàn)原理是FutureTask維護任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)产禾,通過Future.get()方法中判斷任務(wù)未完成,則調(diào)用LockSupport.park掛起線程牵啦,當(dāng)任務(wù)執(zhí)行完成再unpark返回結(jié)果亚情。

線程池大小的設(shè)置

  • 硬件和軟件上的限制。
    • CPU核心數(shù)的考慮
    • 程序運行任務(wù)的類別哈雏,當(dāng)時IO密集型的任務(wù)楞件,則可以設(shè)置更多的線程數(shù),例如設(shè)置CPU核心數(shù)*2裳瘪。而如果是CPU密集型的任務(wù)土浸,則設(shè)置更多線程數(shù)反而影響性能,例如可以設(shè)置CPU核心數(shù)+1盹愚。
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