Java中高级核心知识全面解析(3)，狂神说docker笔记百度云
pool-1-thread-2 Start. Time = Sun Apr 12 11:14:42 CST 2020
pool-1-thread-1 End. Time = Sun Apr 12 11:14:47 CST 2020
pool-1-thread-4 End. Time = Sun Apr 12 11:14:47 CST 2020
pool-1-thread-5 End. Time = Sun Apr 12 11:14:47 CST 2020
pool-1-thread-3 End. Time = Sun Apr 12 11:14:47 CST 2020
pool-1-thread-2 End. Time = Sun Apr 12 11:14:47 CST 2020
## 2.线程池原理分析
承接上一节，我们通过代码输出结果可以看出：**线程首先会先执行 5 个任务，然后这些任务有任务被执行完的话，就会去拿新的任务执行。** 大家可以先通过上面讲解的内容，分析一下到底是咋回事？（自己独立思考一会）
现在，我们就分析上面的输出内容来简单分析一下线程池原理。
**为了搞懂线程池的原理，我们需要首先分析一下`execute`方法。**在上一节中的Demo中我们使用`executor.execute(worker)`来提交一个任务到线程池中去，这个方法非常重要，下面我们来看看它的源码：
```java
// 存放线程池的运行状态 (runState) 和线程池内有效线程的数量 (workerCount)
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
private static int workerCountOf(int c) {
return c & CAPACITY;
}
//任务队列
private final BlockingQueue workQueue;
public void execute(Runnable command) {
// 如果任务为null，则抛出异常。
if (command == null)
throw new NullPointerException();
// ctl 中保存的线程池当前的一些状态信息
int c = ctl.get();
// 下面会涉及到 3 步 操作
// 1.首先判断当前线程池中之行的任务数量是否小于 corePoolSize
// 如果小于的话，通过addWorker(command, true)新建一个线程，并将任务(command)添 加到该线程中；然后，启动该线程从而执行任务。
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
// 2.如果当前之行的任务数量大于等于 corePoolSize 的时候就会走到这里
// 通过 isRunning 方法判断线程池状态，线程池处于RUNNING状态才会被并且队列可以加入任务，该任务才会被加入进去
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
// 再次获取线程池状态，如果线程池状态不是RUNNING状态就需要从任务队列中移除任务，并尝试判断线程是否全部执行完毕。同时执行拒绝策略。
if (!isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
// 如果当前线程池为空就新创建一个线程并执行。
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
//3. 通过addWorker(command, false)新建一个线程，并将任务(command)添加到该线程中；然后，启动该线程从而执行任务。
//如果addWorker(command, false)执行失败，则通过reject()执行相应的拒绝策略的内容。
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}
通过下图可以更好的对上面这 3 步做一个展示
addWorker这个方法主要用来创建新的工作线程，如果返回true说明创建和启动工作线程成功，否则的话返回的就是false。
// 全局锁，并发操作必备
private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();
// 跟踪线程池的最大大小，只有在持有全局锁mainLock的前提下才能访问此集合
private int largestPoolSize;
// 工作线程集合，存放线程池中所有的（活跃的）工作线程，只有在持有全局锁mainLock的前提下才 能访问此集合
private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<>();
//获取线程池状态
private static int runStateOf(int c) {
return c & ~CAPACITY;
}
//判断线程池的状态是否为
Running private static boolean isRunning(int c) {
return c < SHUTDOWN;
}
/**
* 添加新的工作线程到线程池
* @param firstTask 要执行
* @param core参数为true的话表示使用线程池的基本大小，为false使用线程池最大大小
* @return 添加成功就返回true否则返回false
*/
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
retry:
for (;;) {
//这两句用来获取线程池的状态
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 (;;) {
//获取线程池中线程的数量
int wc = workerCountOf(c);
// core参数为true的话表明队列也满了，线程池大小变为 maximumPoolSize
if (wc >= CAPACITY || wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
return false;
//原子操作将workcount的数量加1
if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
break retry;
// 如果线程的状态改变了就再次执行上述操作
c = ctl.get();
if (runStateOf(c) != rs)
continue retry;
// else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
}
}
// 标记工作线程是否启动成功
boolean workerStarted = false;
// 标记工作线程是否创建成功
boolean workerAdded = false;
Worker w = null;
try {
w = new Worker(firstTask);
final Thread t = w.thread;
if (t != null) {
// 加锁
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
//获取线程池状态
int rs = runStateOf(ctl.get());
//rs < SHUTDOWN 如果线程池状态依然为RUNNING,并且线程的状态是存活的话，就会将工作线程添加到工作线程集合中
//(rs=SHUTDOWN && firstTask == null)如果线程池状态小于STOP，也就是 RUNNING或者SHUTDOWN状态下，同时传入的任务实例firstTask为null，则需要添加到工作线程集合和启 动新的Worker
// firstTask == null证明只新建线程而不执行任务
if (rs < SHUTDOWN || (
rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
throw new IllegalThreadStateException();
workers.add(w);
//更新当前工作线程的最大容量
int s = workers.size();
if (s > largestPoolSize)
largestPoolSize = s;
// 工作线程是否启动成功
workerAdded = true;
}
} finally {
// 释放锁
mainLock.unlock();
}
如果成功添加工作线程，则调用Worker内部的线程实例t的Thread#start()方 法启动真实的线程实例
if (workerAdded) {
t.start();
/// 标记线程启动成功
workerStarted = true;
}
}
} finally {
// 线程启动失败，需要从工作线程中移除对应的Worker
if (! workerStarted)
addWorkerFailed(w);
}
return workerStarted;
}
现在，让我们在回到上一节我们写的Demo， 现在应该是不是很容易就可以搞懂它的原理了呢？
没搞懂的话，也没关系，可以看看我的分析：
我们在代码中模拟了 10 个任务，我们配置的核心线程数为 5 、等待队列容量为 100 ，所以每次只可能存在 5 个任务同时执行，剩下的 5 个任务会被放到等待队列中去。当前的5个任务中如果有任务被执行完了，线程池就会去拿新的任务执行。
3.几个常见的对比
1)Runnable vs Callable
Runnable自Java 1.0以来一直存在，但Callable仅在 Java1.5中引入,目的就是为了来处理Runnable不支持的用例。 Runnable接口不会返回结果或抛出检查异常，但是Callable接口可以。所以，如果任务不需要返回结果或抛出异常推荐使用Runnable接口，这样代码看起来会更加简洁。
工具类Executors可以实现Runnable对象和Callable对象之间的相互转换。（Executors.callable（Runnable task）或Executors.callable（Runnable task，Object resule） ）。
Runnable.java
@FunctionalInterface
public interface Runnable {
/**
* 被线程执行，没有返回值也无法抛出异常
*/
public abstract void run();
}
Callable.java
@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
/**
* 计算结果，或在无法这样做时抛出异常。
* @return 计算得出的结果
* @throws 如果无法计算结果，则抛出异常
*/
V call() throws Exception;
}
2) execute() vs submit()
1.execute()方法用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功与否；
2.submit()方法用于提交需要返回值的任务。线程池会返回一个Future类型的对象，通过这个Future对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过Future的get()方法来获取返回值，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成，而使用get（long timeout，TimeUnit unit）方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回，这时候有可能任务没有执行完。
我们以AbstractExecutorService接口中的一个 submit 方法为例子来看看源代码：
public Future<?> submit(Runnable task) {
if (task == null) throw new NullPointerException();
RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
execute(ftask); return ftask;
}
上面方法调用的newTaskFor方法返回了一个FutureTask对象。
protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) {
return new FutureTask<T>(runnable, value);
}
我们再来看看execute()方法：
public void execute(Runnable command) {
...
}
3)shutdown() VS shutdownNow()
shutdown（）:关闭线程池，线程池的状态变为SHUTDOWN。线程池不再接受新任务了，但是队列里的任务得执行完毕。shutdownNow（）:关闭线程池，线程的状态变为STOP。线程池会终止当前正在运行的任务，并停止处理排队的任务并返回正在等待执行的List。
4)isTerminated() VS isShutdown()
isShutDown当调用shutdown()方法后返回为 true。isTerminated当调用shutdown()方法后，并且所有提交的任务完成后返回为 true
4.加餐: Callable + ThreadPoolExecutor 示例代码
MyCallable.java
import java.util.concurrent.Callable;
public class MyCallable implements Callable<String> {
@Override
public String call() throws Exception {
Thread.sleep(1000);
//返回执行当前 Callable 的线程名字
return Thread.currentThread().getName();
}
}
CallableDemo.java
import java.util.ArrayList;
import java.util.Date;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class CallableDemo {
private static final int CORE_POOL_SIZE = 5;
private static final int MAX_POOL_SIZE = 10;
private static final int QUEUE_CAPACITY = 100;
private static final Long KEEP_ALIVE_TIME = 1L;
public static void main(String[] args) {
//使用阿里巴巴推荐的创建线程池的方式
//通过ThreadPoolExecutor构造函数自定义参数创建
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
CORE_POOL_SIZE,
MAX_POOL_SIZE,
KEEP_ALIVE_TIME,
TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<>(QUEUE_CAPACITY),
new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
List<Future<String>> futureList = new ArrayList<>();
Callable<String> callable = new MyCallable();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
//提交任务到线程池
Future<String> future = executor.submit(callable);
//将返回值 future 添加到 list，我们可以通过 future 获得 执行 Callable 得到 的返回值
futureList.add(future);
}
for (Future<String> fut : futureList) {
try {
System.out.println(new Date() + "::" + fut.get());
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//关闭线程池
executor.shutdown();
}
}
Output:
Wed Nov 13 13:40:41 CST 2019::pool-1-thread-1
Wed Nov 13 13:40:42 CST 2019::pool-1-thread-2
Wed Nov 13 13:40:42 CST 2019::pool-1-thread-3
Wed Nov 13 13:40:42 CST 2019::pool-1-thread-4
Wed Nov 13 13:40:42 CST 2019::pool-1-thread-5
Wed Nov 13 13:40:42 CST 2019::pool-1-thread-3
Wed Nov 13 13:40:43 CST 2019::pool-1-thread-2
Wed Nov 13 13:40:43 CST 2019::pool-1-thread-1
Wed Nov 13 13:40:43 CST 2019::pool-1-thread-4
Wed Nov 13 13:40:43 CST 2019::pool-1-thread-5
五、几种常见的线程池详解
1.FixedThreadPool
1)介绍
FixedThreadPool被称为可重用固定线程数的线程池。通过Executors类中的相关源代码来看一下相关实现：
/**
* 创建一个可重用固定数量线程的线程池
*/
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads,
ThreadFactory threadFactory) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
threadFactory);
}
另外还有一个FixedThreadPool的实现方法，和上面的类似，所以这里不多做阐述：
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
从上面源代码可以看出新创建的FixedThreadPool的corePoolSize和maximumPoolSize都被设置为nThreads，这个nThreads参数是我们使用的时候自己传递的。
2)执行任务过程介绍
FixedThreadPool的execute()方法运行示意图
上图说明：
- 如果当前运行的线程数小于 corePoolSize， 如果再来新任务的话，就创建新的线程来执行任务；
- 当前运行的线程数等于 corePoolSize 后， 如果再来新任务的话，会将任务加入
LinkedBlockingQueue； - 线程池中的线程执行完 手头的任务后，会在循环中反复从
LinkedBlockingQueue中获取任务来执行；
3)为什么不推荐使用 FixedThreadPool ？
FixedThreadPool使用无界队列LinkedBlockingQueue（队列的容量为 Intger.MAX_VALUE）作为线程池的工作队列会对线程池带来如下影响：
- 当线程池中的线程数达到
corePoolSize后，新任务将在无界队列中等待，因此线程池中的线程数不会超过corePoolSize； - 由于使用无界队列时
maximumPoolSize将是一个无效参数，因为不可能存在任务队列满的情况。所以，通过创建FixedThreadPool的源码可以看出创建的FixedThreadPool的corePoolSize和maximumPoolSize被设置为同一个值。 - 由于 1 和 2，使用无界队列时
keepAliveTime将是一个无效参数； - 运行中的
FixedThreadPool（未执行shutdown()或shutdownNow()）不会拒绝任务，在任务比较多的时候会导致 OOM（内存溢出）。
2.SingleThreadExecutor 详解
1)介绍
SingleThreadExecutor是只有一个线程的线程池。下面看SingleThreadExecutor的实现：
/**
*返回只有一个线程的线程池
*/
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory
threadFactory) {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
threadFactory));
}
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
从上面源代码可以看出新创建的SingleThreadExecutor的corePoolSize和maximumPoolSize都被设置为 1.其他参数和FixedThreadPool相同。
2)执行任务过程介绍
SingleThreadExecutor的运行示意图
上图说明;
1.如果当前运行的线程数少于corePoolSize，则创建一个新的线程执行任务；
2.当前线程池中有一个运行的线程后，将任务加入LinkedBlockingQueue
3.线程执行完当前的任务后，会在循环中反复从LinkedBlockingQueue中获取任务来执行；
3)为什么不推荐使用 SingleThreadExecutor ？
SingleThreadExecutor使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列（队列的容量为 Intger.MAX_VALUE）。SingleThreadExecutor使用无界队列作为线程池的工作队列会对线程池带来的影响与FixedThreadPool相同。说简单点就是可能会导致OOM，
3.CachedThreadPool 详解
1)介绍
CachedThreadPool是一个会根据需要创建新线程的线程池。下面通过源码来看看
CachedThreadPool的实现：
/**
* 创建一个线程池，根据需要创建新线程，但会在先前构建的线程可用时重用它。
*/
public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory
threadFactory) {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>(),
threadFactory);
}
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
}
CachedThreadPool的corePoolSize被设置为空（0），maximumPoolSize被设置为Integer.MAX.VALUE，即它是无界的，这也就意味着如果主线程提交任务的速度高于maximumPool中线程处理任务的速度时，CachedThreadPool会不断创建新的线程。极端情况下，这样会导致耗尽cpu 和内存资源。
2)执行任务过程介绍
CachedThreadPool 的 execute()方法的执行示意图
上图说明：
- 首先执行
SynchronousQueue.offer(Runnable task)提交任务到任务队列。如果当前maximumPool中有闲线程正在执行SynchronousQueue.poll(keepAliveTime,TimeUnit.NANOSECONDS)，那么主线程执行offer操作与空闲线程执行的poll操作配对成功，主线程把任务交给空闲线程执行，execute()方法
执行完成，否则执行下面的步骤 2； - 当初始
maximumPool为空，或者maximumPool中没有空闲线程时，将没有线程执行SynchronousQueue.poll(keepAliveTime,TimeUnit.NANOSECONDS)。这种情况下，步骤 1 将失败，此时CachedThreadPool会创建新线程执行任务，execute 方法执行完成；
3) 为什么不推荐使用 CachedThreadPool ？
CachedThreadPool允许创建的线程数量为Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量线程，从而导致OOM。
六、ScheduledThreadPoolExecutor 详解
ScheduledThreadPoolExecutor主要用来在给定的延迟后运行任务，或者定期执行任务。 这个在实际项目中基本不会被用到，因为有其他方案选择比如quartz。大家只需要简单了解一下它的思想。
1.简介
ScheduledThreadPoolExecutor使用的任务队列DelayQueue封装了一个PriorityQueue， PriorityQueue会对队列中的任务进行排序，执行所需时间短的放在前面先被执行( ScheduledFutureTask的time变量小的先执行)，如果执行所需时间相同则先提交的任务将被先执行( ScheduledFutureTask 的squenceNumber变量小的先执行)。
ScheduledThreadPoolExecutor和Timer的比较：
Timer对系统时钟的变化敏感，ScheduledThreadPoolExecutor不是；Timer只有一个执行线程，因此长时间运行的任务可以延迟其他任务。
ScheduledThreadPoolExecutor可以配置任意数量的线程。 此外，如果你想（通过提供ThreadFactory），你可以完全控制创建的线程;- 在
TimerTask中抛出的运行时异常会杀死一个线程，从而导致Timer死机:-( …即计划任务将不再运行。ScheduledThreadExecutor不仅捕获运行时异常，还允许您在需要时处理它们（通过重写afterExecute方法ThreadPoolExecutor）。抛出异常的任务将被取消，但其他任务将继续运行。
综上，在 JDK1.5 之后，你没有理由再使用 Timer 进行任务调度了。
备注： Quartz 是一个由 java 编写的任务调度库，由OpenSymphony 组织开源出来。在实际项目开发中使用 Quartz 的还是居多，比较推荐使用 Quartz。因为 Quartz 理论上能够同时对上万个任务进行调度，拥有丰富的功能特性，包括任务调度、任务持久化、可集群化、插件等等。
2.运行机制
ScheduledThreadPoolExecutor的执行主要分为两大部分：
- 当调用
ScheduledThreadPoolExecutor的scheduleAtFixedRate()方法或者scheduleWirhFixedDelay()方法时，会向ScheduledThreadPoolExecutor的DelayQueue添加一个实现了RunnableScheduledFuture接口ScheduledFutureTask。
总结
这个月马上就又要过去了，还在找工作的小伙伴要做好准备了，小编整理了大厂java程序员面试涉及到的绝大部分面试题及答案，希望能帮助到大家
CodeChina开源项目：【一线大厂Java面试题解析+核心总结学习笔记+最新讲解视频】
scheduleAtFixedRate()方法或者scheduleWirhFixedDelay()方法时，会向ScheduledThreadPoolExecutor的DelayQueue添加一个实现了RunnableScheduledFuture接口ScheduledFutureTask。
总结
这个月马上就又要过去了，还在找工作的小伙伴要做好准备了，小编整理了大厂java程序员面试涉及到的绝大部分面试题及答案，希望能帮助到大家
CodeChina开源项目：【一线大厂Java面试题解析+核心总结学习笔记+最新讲解视频】
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