ThreadPoolExecutor源碼剖析

ThreadPoolExecutor提交任務(wù)入口代碼如下:

    public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        // ctl高3位表示線程池狀態(tài)拣技,低29位表示線程數(shù)目拴签,對(duì)ctl的訪問需要進(jìn)行位運(yùn)算
        int c = ctl.get(); 
        // 如果worker線程數(shù)目小于corePoolSize娃弓,增加一個(gè)worker線程
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { 
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }
        // 如果worker線程不小于corePoolSize凸舵,并且線程池正在運(yùn)行贮竟,則把任務(wù)添加到workQueue中
        // workQueue是一個(gè)BlockingQueue<Runnable>
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            int recheck = ctl.get();
            // 再次獲取線程池狀態(tài)碼并檢測(cè)線程池是否運(yùn)行,如果沒有運(yùn)行掷倔,則移除剛才提交的任務(wù)眉孩,調(diào)用reject方法
            // reject方法可以由RejectedExecutionHandler指定
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
            // 如果worker線程數(shù)目為0,以maximumPoolSize為限制增加一個(gè)worker線程
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                addWorker(null, false);
        }
        // 如果任務(wù)添加到workQueue(有可能是有界隊(duì)列)失敗勒葱,
        // 以maximumPoolSize為限制增加一個(gè)worker線程
        // 如果增加線程失敗勺像,調(diào)用reject方法
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }

看完任務(wù)如何提交障贸,繼續(xù)看addWorker方法是怎么運(yùn)行的,只留下了方法的主干:

    private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
        retry:
        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            int rs = runStateOf(c);

            // 檢測(cè)條件
            if (rs >= SHUTDOWN &&
                ! (rs == SHUTDOWN &&
                   firstTask == null &&
                   ! workQueue.isEmpty()))
                return false;

            for (;;) {
                int wc = workerCountOf(c);
                // 如果worker線程數(shù)目大于CAPACITY(ctl的低29位全為1吟宦,500多萬)
                // 或者worker線程大于corePoolSize,maximumPoolSize(用core開關(guān)控制)
                // 添加worker線程失敗
                if (wc >= CAPACITY ||
                    wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                    return false;
                // CAS操作涩维,增加worker線程數(shù)目
                if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                    break retry;
                c = ctl.get();  // Re-read ctl
                if (runStateOf(c) != rs)
                    continue retry;
            }
        }
        // 增加worker線程測(cè)試條件通過殃姓,真正開始增加worker線程
        boolean workerStarted = false;
        boolean workerAdded = false;
        Worker w = null;
        try {
            // new一個(gè)Worker,Worker是對(duì)線程和任務(wù)的一個(gè)封裝瓦阐,下面會(huì)講到
            w = new Worker(firstTask);
            final Thread t = w.thread;
            if (t != null) {
                final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
                mainLock.lock();
                try {
                        // 在workers里面新增worker
                        workers.add(w);
                        int s = workers.size();
                        // 更新largestPoolSize
                        if (s > largestPoolSize)
                            largestPoolSize = s;
                        workerAdded = true;
                    }
                } finally {
                    mainLock.unlock();
                }
                // 如果worker添加成功蜗侈,則啟動(dòng)這個(gè)worker線程
                if (workerAdded) {
                    t.start();
                    workerStarted = true;
                }
            }
        } finally {
            // 如果啟動(dòng)worker失敗,調(diào)用addWorkerFailed方法
            // 這個(gè)方法主要是減少worker數(shù)目睡蟋,從workers里面移除剛才添加的worker
            // 并在線程池中嘗試中斷一個(gè)idle worker
            if (! workerStarted)
                addWorkerFailed(w);
        }
        return workerStarted;
    }

下面接著看Worker是怎么對(duì)線程與任務(wù)封裝的踏幻,下面是Worker類的代碼:

    // Worker類本身也是一個(gè)Runnable
    // AQS可以這樣理解,它內(nèi)部持有一個(gè)狀態(tài)戳杀,并發(fā)的線程可以原子性的去修改這個(gè)狀態(tài)
    private final class Worker
        extends AbstractQueuedSynchronizer
        implements Runnable
    {
        // 運(yùn)行任務(wù)的線程
        final Thread thread;
        // 初始化運(yùn)行的任務(wù)该面,可以為null
        Runnable firstTask;
        // 完成任務(wù)的計(jì)數(shù)
        volatile long completedTasks;

        Worker(Runnable firstTask) {
            setState(-1); // 狀態(tài)設(shè)置為-1,禁止沒有start線程前去中斷這個(gè)線程
            this.firstTask = firstTask;
            // 傳的是this對(duì)象信卡,所以線程start會(huì)調(diào)用this的run方法
            this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
        }
        
        // run方法委托給runWorker方法隔缀,參數(shù)傳的是this
        public void run() {
            runWorker(this);
        }

        // 關(guān)于鎖的方法
        // 通過lock與unlock,可以知道worker是不是idle worker
        // 0代表沒有加鎖狀態(tài)
        // 1代表加鎖狀態(tài)

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

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

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

        public void lock()        { acquire(1); }
        public boolean tryLock()  { return tryAcquire(1); }
        public void unlock()      { release(1); }
        public boolean isLocked() { return isHeldExclusively(); }

        // 線程運(yùn)行后也可以通過這個(gè)方法中斷線程的運(yùn)行
        void interruptIfStarted() {
            Thread t;
            if (getState() >= 0 && (t = thread) != null && !t.isInterrupted()) {
                try {
                    t.interrupt();
                } catch (SecurityException ignore) {
                }
            }
        }
    }

下面來看看runWorker方法傍菇,只留下了方法的主干:

  final void runWorker(Worker w) {
    Thread wt = Thread.currentThread(); //獲取到worker的thread
    Runnable task = w.firstTask;
    w.firstTask = null;
    w.unlock(); // unlock worker猾瘸,允許中斷thread
    boolean completedAbruptly = true;
    // 死循環(huán),當(dāng)task為null或者從任務(wù)隊(duì)列獲取任務(wù)為null時(shí)丢习,worker的thread會(huì)退出
    while (task != null || (task = getTask()) != null) {
      w.lock(); // lock表示這個(gè)worker不是idle worker
      // If pool is stopping, ensure thread is interrupted;
      // if not, ensure thread is not interrupted.  This
      // requires a recheck in second case to deal with
      // shutdownNow race while clearing interrupt
      if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
        (Thread.interrupted() &&
          runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
        !wt.isInterrupted())
        wt.interrupt();
      try {
        Throwable thrown = null;
        try {
          // 運(yùn)行任務(wù)
          task.run();
        } catch (Throwable x) {
          thrown = x;
          throw new Error(x);
        }
      } finally {
        task = null;
        w.completedTasks++;
        w.unlock();
      }
    }
  }

下面接著看worker線程是如何從任務(wù)隊(duì)列獲取任務(wù)的:

    private Runnable getTask() {
        boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?

        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            int rs = runStateOf(c);

            // 如果線程池狀態(tài)至少為shutdown牵触,并且
            // 線程池狀態(tài)至少為stop或者工作隊(duì)列為空
            // 減少worker的數(shù)目,并返回null咐低,當(dāng)worker線程檢測(cè)到任務(wù)為null時(shí)揽思,會(huì)自己退出
            if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
                decrementWorkerCount();
                return null;
            }

            int wc = workerCountOf(c);
            // 當(dāng)allowCoreThreadTimeOut為true或者worker線程數(shù)目大于corePoolSize時(shí),允許超時(shí)
            boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
            // 如果worker線程數(shù)目大于maximumPoolSize渊鞋,或者
            // 允許超時(shí)并且上一次poll也超時(shí)绰更,并且
            // worker線程數(shù)目大于1,或者工作隊(duì)列為空
            // 減少worker線程數(shù)目返回null
            if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
                && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
                if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
                    return null;
                continue;
            }

            try {
                // 允許超時(shí)則用poll锡宋,否則take
                Runnable r = timed ?
                    workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
                    workQueue.take();
                if (r != null)
                    return r;
                timedOut = true;
            } catch (InterruptedException retry) {
                timedOut = false;
            }
        }
    }

以上就是整個(gè)ThreadPoolExecutor主要的方法儡湾,還有另一個(gè)比較重要的方法,是用來清除idle worker的:

    private void interruptIdleWorkers(boolean onlyOne) {
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            for (Worker w : workers) {
                Thread t = w.thread;
                // 如果worker的thread沒有中斷执俩,并且嘗試去獲取worker的鎖
                // 成功則表示worker沒有運(yùn)行任務(wù)徐钠,那么中斷這個(gè)idle worker
                // 失敗則表示worker正在運(yùn)行任務(wù),不中斷這個(gè)worker
                if (!t.isInterrupted() && w.tryLock()) {
                    try {
                        t.interrupt();
                    } catch (SecurityException ignore) {
                    } finally {
                        w.unlock();
                    }
                }
                if (onlyOne)
                    break;
            }
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
    }
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