多线程之线程池newFixedThreadPool(二)

简介: 在上一章中我们概述了一下线程池,这一章我们看一下创建newFixedThreadPool的源码。例子还是我们在上一章中写的那个例子。 创建newFixedThreadPool的方法: public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { return new ThreadPoolEx

在上一章中我们概述了一下线程池,这一章我们看一下创建newFixedThreadPool的源码。例子还是我们在上一章中写的那个例子。

创建newFixedThreadPool的方法:

    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }
    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                      threadFactory);
    }
上面这两个方法是创建固定数量的线程池的两种方法,两者的区别是:第二种创建方法多了一个线程工厂的方法。我们继续看ThreadPoolExecutor这个类中的构造函数:

ThreadPoolExecutor的构造函数:

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
    }
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }
ThreadPollExecutor中的所有的构造函数最终都会调用上面这个构造函数,接下来我们来分析一下这些参数的含义:

corePoolSize:

线程池启动后,在池中保持的线程的最小数量。需要说明的是线程数量是逐步到达corePoolSize值的。例如corePoolSize被设置为10,而任务数量只有5,则线程池中最多会启动5个线程,而不是一次性地启动10个线程。

maxinumPoolSize:

线程池中能容纳的最大线程数量,如果超出,则使用RejectedExecutionHandler拒绝策略处理。

keepAliveTime:

线程的最大生命周期。这里的生命周期有两个约束条件:一:该参数针对的是超过corePoolSize数量的线程;二:处于非运行状态的线程。举个例子:如果corePoolSize(最小线程数)为10,maxinumPoolSize(最大线程数)为20,而此时线程池中有15个线程在运行,过了一段时间后,其中有3个线程处于等待状态的时间超过keepAliveTime指定的时间,则结束这3个线程,此时线程池中则还有12个线程正在运行。

unit:

这是keepAliveTime的时间单位,可以是纳秒,毫秒,秒,分钟等。

workQueue:

任务队列。当线程池中的线程都处于运行状态,而此时任务数量继续增加,则需要一个容器来容纳这些任务,这就是任务队列。这个任务队列是一个阻塞式的单端队列。

threadFactory:

定义如何启动一个线程,可以设置线程的名称,并且可以确定是否是后台线程等。

handler:

拒绝任务处理器。由于超出线程数量和队列容量而对继续增加的任务进行处理的程序。
OK,ThreadPoolExecutor中的主要参数介绍完了。我们再说一下线程的管理过程:首先创建一个线程池,然后根据任务的数量逐步将线程增大到corePoolSize,如果此时仍有任务增加,则放置到workQueue中,直到workQueue爆满为止,然后继续增加池中的线程数量(增强处理能力),最终达到maxinumPoolSize。那如果此时还有任务要增加进来呢?这就需要handler来处理了,或者丢弃新任务,或者拒绝新任务,或者挤占已有的任务。在任务队列和线程池都饱和的情况下,一旦有线程处于等待(任务处理完毕,没有新任务)状态的时间超过keepAliveTime,则该线程终止,也就是说池中的线程数量会逐渐降低,直至为corePoolSize数量为止。在《编写高质量代码 改善Java程序的151个建议》这本书里举的这个例子很形象:


OK,接下来我们来看一下怎么往任务队里中放入线程任务:在java.util.concurrent.AbstractExecutorService这个类的submit方法

submit方法

    public Future<?> submit(Runnable task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
        execute(ftask);//执行任务
        return ftask;
    }

    /**
     * @throws RejectedExecutionException {@inheritDoc}
     * @throws NullPointerException       {@inheritDoc}
     */
    public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task, result);
        execute(ftask);//执行任务
        return ftask;
    }

    /**
     * @throws RejectedExecutionException {@inheritDoc}
     * @throws NullPointerException       {@inheritDoc}
     */
    public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
        execute(ftask);//执行任务
        return ftask;
    }
这是三个重载方法,分别对应Runnable、带结果的Runnable接口和Callable回调函数。其中的newTaskFor也是一个重载的方法,它通过层层的包装,把Runnable接口包装成了适配RunnableFuture的实现类,底层实现如下:

    public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
        this.callable = Executors.callable(runnable, result);
        this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
    }
    public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result) {
        if (task == null)
            throw new NullPointerException();
        return new RunnableAdapter<T>(task, result);
    }
    static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> {
        final Runnable task;
        final T result;
        RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
            this.task = task;
            this.result = result;
        }
        public T call() {
            task.run();
            return result;
        }
    }
在submit中最重要的是execute这个方法,这个方法也是我们分析的重点

execute方法:

    public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        int c = ctl.get();
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {//
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            int recheck = ctl.get();
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                addWorker(null, false);
        }
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }
在这个方法中分为三部分
1、如果少于corePoolSize数量的线程在运行,则启动一个新的线程并把传进来的Runnable做为第一个任务。然后会检查线程的运行状态和worker的数量,阻止不符合要求的任务添加到线程中
2、如果一个任务成功的放入到了队列中,我们仍然需要二次检查我们是否应该添加线程或者停止。因此我们重新检查线程状态,是否需要回滚队列,或者是停止或者是启动一个新的线程
3、如果我们不能添加队列任务了,但是仍然在往队列中添加任务,如果添加失败的话,用拒绝策略来处理。
这里最主要的是addWorker这个方法:
        try {
            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) {
                    t.start();
                    workerStarted = true;
                }
            }
        } finally {
            if (! workerStarted)
                addWorkerFailed(w);
        }
我们在这个方法里创建一个线程,注意这个线程不是我们的任务线程,而是经过包装的Worker线程。所以这里的run方法是Worker这个类中的run方法。execute方法是通过Worker类启动的一个工作线程,执行的是我们的第一个任务,然后该线程通过getTask方法从任务队列总获取任务,之后再继续执行。这个任务队列是一个BlockingQueue,是一个阻塞式的,也就是说如果该队列元素为0,则保持等待状态。直到有任务进入为止。






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