tomcat线程池-深度分析tomcat线程池设计与现实

1.概述

       在正式进入Tomcat线程池之前，小伙伴们可以先回顾一下JDK中的线程池相关特性，对于JDK线程池的总结和源码的解析感兴趣的童鞋，也可参考博主的层层剖析线程池源码的这篇文章，文章主要讲述对线程池的生命周期，核心参数，常用线程池以及线程池源码做了详细的介绍。
        tomcat内部线程池的实现没有直接使用JUC下的ThreadPoolExecutor，而是选择继承JUC下的Executor体系类，然后重写execute()等方法，如下，为tomcat7.x下的线程池类图：

• tomcat的线程池不仅继承了JDK线程池Executor框架，同时为了将Executor纳入Lifecycle生命周期管理，也让它实现了Lifecycle接口
• tomcat线程池对外暴露

注意：不同版本下的tomcat，继承体系略有不同:

1. 继承JUC原生ThreadPoolExecutor（7.x版本及以下），并覆写了一些方法，主要execute()和afterExecute()

2. 继承JUC的AbstractExecutorService（7.x版本以上），从java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor
   复制出一套代码，然后微调内部的execute()方法

2. Tomcat 线程池源码

2.1 线程池初始化

  protected void startInternal() throws LifecycleException {
        // 1.任务队列 
        taskqueue = new TaskQueue(maxQueueSize);
        // 2. 线程工厂
        TaskThreadFactory tf = new TaskThreadFactory(namePrefix,daemon,getThreadPriority());
        // 3. 创建线程池，
        // ThreadPoolExecutor为 org.apache.tomcat.util.threads.ThreadPoolExecutor
        executor = new ThreadPoolExecutor(getMinSpareThreads(), getMaxThreads(), maxIdleTime, TimeUnit.MILLISECONDS,taskqueue, tf);
        // 重建线程的时间间隔
        executor.setThreadRenewalDelay(threadRenewalDelay);
        // 是否需要预热核心线程
        if (prestartminSpareThreads) {
            executor.prestartAllCoreThreads();
        }
        // 线程池任务队列的 parent ,重点属性
        taskqueue.setParent(executor);
        // 设置组件的生命周期状态,lifcle 管理
        setState(LifecycleState.STARTING);
    }

在这个方法中，主要是初始化初始化org.apache.tomcat.util.threads.TaskQueue，同时构造org.apache.tomcat.util.threads.ThreadPoolExecutor的实例，org.apache.tomcat.util.threads.ThreadPoolExecutor构造方法与Java原生的线程池并没有任何不同，核心逻辑是直接调用父类[java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor]的构造方法，只不过，在调用父类的构造方法之后，又调用了prestartAllCoreThreads（）方法，用来预热核心线程。

2.2 核心逻辑-任务执行

在进入核心executor方法之前，先上图，演示tomcat线程池中的线程池是怎么处理提交过来的任务，小伙伴可仔细观察与原生JDK线程处理有何异同：

        是不是很奇怪，与我们JDK线程池老八股文貌似有很大不同，这里是核心线程数如果满了，就判断最大线程数是否已经满了，如果没有满，则创建最大线程数；而JDK的原生线程池的的处理流是：

• 如果workerCount < corePoolSize，则创建并启动一个线程来执行新提交的任务。
• 如果workerCount >= corePoolSize，且线程池内的阻塞队列未满，则将任务添加到该阻塞队列中。
• 如果workerCount >= corePoolSize && workerCount < maximumPoolSize，且线程池内的阻塞队列已满，则创建 并启动一个线程来执行新提交的任务。
• 如果workerCount >= maximumPoolSize，并且线程池内的阻塞队列已满, 则根据拒绝策略来处理该任务, 默认的处理方式是直接抛异常

带着这个问题，直接看核心executor方法：

    public void execute(Runnable command, long timeout, TimeUnit unit) {
        if ( executor != null ) {
            // 调用org.apache.tomcat.util.threads.ThreadPoolExecutor
            executor.execute(command,timeout,unit);
        } else {
            throw new IllegalStateException("StandardThreadExecutor not started.");
        }
    }
    // org.apache.tomcat.util.threads.ThreadPoolExecutor
    public void execute(Runnable command, long timeout, TimeUnit unit) {
        // 线程任务数加q
        submittedCount.incrementAndGet();
        try {
            // 父类：java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor#execute()方法
            super.execute(command);
        } catch (RejectedExecutionException rx) {
            if (super.getQueue() instanceof TaskQueue) {
                // 如果调用父类中的方法执行，会尝试将任务再一次放入到等待队列里
                final TaskQueue queue = (TaskQueue)super.getQueue();
                try {
                    if (!queue.force(command, timeout, unit)) {
                       // 如果也失败了，就回滚提交计数，并抛出异常
                        submittedCount.decrementAndGet();
                        throw new RejectedExecutionException(sm.getString("threadPoolExecutor.queueFull"));
                    }
                } catch (InterruptedException x) {
                    submittedCount.decrementAndGet();
                    throw new RejectedExecutionException(x);
                }
            } else {
                submittedCount.decrementAndGet();
                throw rx;
            }

        }
    }

        可能看了一遍，也没发现有啥不同，Tomcat的线程池不就是调用原生的JDK线程池，然后在原生线程池执行拒绝策略的时候，尝试将任务再入一次任务队列，看起来貌似也没有毛病，不知道小伙伴有没有想起我们线程池的七大参数，在我们tomcat初始化的时候，传入的七大参数分别是什么：在Tomcat的线程池初始化的时候，其中尤其的阻塞队列，tomcat自己实现了的阻塞队列：org.apache.tomcat.util.threads.TaskQueue，其实问题就出现在该阻塞队列的实现上，下面，我们再看看org.apache.tomcat.util.threads.TaskQueue的源码

2.2.1 org.apache.tomcat.util.threads.TaskQueue

org.apache.tomcat.util.threads.TaskQueue 继承java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue，java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue 在初始化的时候，如果不指定默认长度，则其默认长度为Integer.MAX_VALUE

2.2.1.2 TaskQueue#offer方法

    public boolean offer(Runnable o) {
      //we can't do any checks
        if (parent==null) {
          return super.offer(o);
        }
        //we are maxed out on threads, simply queue the object
        //核心线程数等于最大线程数时
        if (parent.getPoolSize() == parent.getMaximumPoolSize()) {
          return super.offer(o);
        }
        // 提交任务的个数小于核心线程数
        if (parent.getSubmittedCount()<=(parent.getPoolSize())) {
          return super.offer(o);
        }
        // 这种情况下线程池可以直接消费任务，无需放入任务队列等待，当核心线程数小于最大线程数
        // 时候,直接返回false
        if (parent.getPoolSize()<parent.getMaximumPoolSize()) {
          return false;
        }
        //if we reached here, we need to add it to the queue
        return super.offer(o);
    }

        为什么分析org.apache.tomcat.util.threads.TaskQueue#offer() 方法呢?因为在JDK原生线程池中，如果核心线程数已满，则会调用阻塞队列的offer() 方法向队列添加任务，如果添加失败，则创建核心最大线程来处理任务，试想，此处，如果最大线程数大于核心线程数，提交任务的时候，是不是直接就返回false，然后创建最大线程数的线程来处理任务，当最大线程数满的时候，执行拒绝策略-可参考层层剖析线程池源码第3章节源码解析，JDK原生线程池抛出异常，tomcat线程池然后通过org.apache.tomcat.util.threads.TaskQueue#force()方法添加任务：如下：为org.apache.tomcat.util.threads.TaskQueue#force()源码：

public boolean force(Runnable o, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        if (this.parent != null && !this.parent.isShutdown()) {
            return super.offer(o, timeout, unit);
        } else {
            throw new RejectedExecutionException("Executor not running, can't force a command into the queue");
        }
 }

         org.apache.tomcat.util.threads.TaskQueue#force() 方法很简单，本质就是调用java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue 的offer() 方法，这样是不是很巧妙的修改了JDK原生线程池的执行流程

2.3 tomcat线程池默认属性

属性	描述
daemon	（boolean）线程是否应该是守护程序线程，默认为 true
namePrefix	字符串）执行程序创建的每个线程的名称前缀。单个线程的线程名称将是namePrefix+threadNumber
maxThreads	（int）此池中活动线程的最大数量，默认为 200
minSpareThreads	（int）最小线程数（空闲和活动）始终保持活动状态，默认为 25
maxIdleTime	（int）空闲线程关闭之前的毫秒数，除非活动线程数小于或等于minSpareThreads。默认值为60000（1分钟）
maxQueueSize	（int）在我们拒绝之前可以排队等待执行的可运行任务的最大数量。默认值是Integer.MAX_VALUE

3.总结

tomcat 的线程池封装其实并不厚重，只是对 jdk 线程池做了简单优化，当线程池没有达到最大执行线程的时候，会优先开线程处理而不是直接将任务放入任务队列中，可能这样做，本身也是符合Tomcat的特性，因为Tomcat的处理的任务是IO请求，如果IO请求都是先放到任务队列等待，然后再处理，可能会极大降低tomcat的IO处理效率，这也是博主个人的思考，有不同看法的，欢迎留下评论，一起探讨。