线程池简述
线程池优点:
- 降低资源消耗:复用已有线程,避免重新创建和销毁带来消耗。
- 提高相应速度:任务到达即可执行。
- 提高线程可管理性:线程为稀缺资源,不合理分布导致资源调度失衡,降低系统稳定性。使用线程池可以分配,调优、监控。
- 其他强大功能:拓展其他功能,如延迟执行任务。
设计与实现
Java线程池核心类是ThreadPoolExecutor,首先看下它类图。
下图是维护线程和执行任务的运行机制:
接下来我们用源码方式来看看这个运行图机制。
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
int c = ctl.get();
//1 直接执行任务,线程目前运行个数低于核心数
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
//2 缓冲执行,线程添加进入队列
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
//3 核心线程为0 或者没有运行线程,开启线程执行任务,任务从队列获取。
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
//4 拒绝分配,当前线程数量低于非核心数,直接运行线程
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}
- 注释1,直接执行任务,线程目前运行个数低于核心数。
- 注释2,缓冲执行,线程添加进入队列。
- 注释3,核心线程为0 或者没有运行线程,开启线程执行任务,任务从队列获取。
- 注释4,拒绝分配,当前线程数量低于非核心数,直接运行线程,否则拒绝。
直接执行,我们继续看看addWorker方法源码,如下:
//1 core 是否以核心线程运行
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
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);
if (wc >= CAPACITY ||
wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
return false;
//2 目前运行线程数量小于核心线程数or小于非核心数,线程运行数量+1。
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
}
}
boolean workerStarted = false;
boolean workerAdded = false;
Worker w = null;
try {
//3 继承AbstractQueuedSynchronizer实现Runnable类,具体线程处理者。后面会有源码分析。
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();
//4 添加线程到工作队列
workers.add(w);
int s = workers.size();
if (s > largestPoolSize)
largestPoolSize = s;
workerAdded = true;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
//5 开始线程运行
if (workerAdded) {
t.start();
workerStarted = true;
}
}
} finally {
if (! workerStarted)
addWorkerFailed(w);
}
return workerStarted;
}
- 标注1,core 是否以核心线程运行。
- 标注2,目前运行线程数量小于核心线程数or小于非核心数,线程运行数量+1。
- 标注3,继承AbstractQueuedSynchronizer实现Runnable类,具体线程处理者。后面会有源码分析。
- 标注4, 添加线程到工作队列。
- 标注5,开始线程运行。
通过源码可以知道,线程开始运行调用Worker的run方法,然后调用ThreadPoolExecutor的runWorker方法。
final void runWorker(Worker w) {
Thread wt = Thread.currentThread();
Runnable task = w.firstTask;
//释放引用
w.firstTask = null;
//线程允许中断
w.unlock(); // allow interrupts
boolean completedAbruptly = true;
try {
//1 如果有指定任务则执行指定任务,没有则在队列获取任务
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
w.lock();
// 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 {
// 线程开始执行任务
beforeExecute(wt, task);
Throwable thrown = null;
try {
//2 真正执行任务
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;
//记录此线程完成个数
w.completedTasks++;
w.unlock();
}
}
completedAbruptly = false;
} finally {
//3
processWorkerExit(w, completedAbruptly);
}
}
- 标注1,如果有指定任务立即执行,可以查看ThreadPoolExecutor的execute方法。运行线程数小于核心数,且队列满且小于非核心数。getTask从队列获取任务。
- 注释2,执行真正的任务。
- 注释3,没有可执行的任务或者执行发生异常(通过completedAbruptly字段判断)。
释放线程源码
private void processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly) {
if (completedAbruptly) // If abrupt, then workerCount wasn't adjusted
decrementWorkerCount();
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
completedTaskCount += w.completedTasks;
//释放线程
workers.remove(w);
} finally {
mainLock.unlock();
}
tryTerminate();
int c = ctl.get();
if (runStateLessThan(c, STOP)) {
if (!completedAbruptly) {
//获取核心线程数量
int min = allowCoreThreadTimeOut ? 0 : corePoolSize;
if (min == 0 && ! workQueue.isEmpty())
min = 1;
//运行线程大于核心线程数
if (workerCountOf(c) >= min)
return; // replacement not needed
}
//保持核心线程数量
addWorker(null, false);
}
}
以上代码都是分析整个线程池的原理。
参考文献:
Java线程池实现原理及其在美团业务中的实践