史上最全的Java并发系列之Java中的线程池(上)

简介: 前言文本已收录至我的GitHub仓库,欢迎Star:github.com/bin39232820…种一棵树最好的时间是十年前,其次是现在

絮叨


不知道说啥,继续干,这本书快干完了

前言


Java中的线程池是运用场景最多的并发框架,几乎所有需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池。 在开发过程中,合理地使用线程池能够带来3个好处。

  • 降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
  • 提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
  • 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源,如果无限制地创建,不仅会消耗系统资源,还会降低系统的稳定性,使用线程池可以进行统- 一分配、调优和监控。但是,要做到合理利用线程池,必须对其实现原理了如指掌。


线程池的实现原理

当向线程池提交一个任务之后,线程池是如何处理这个任务的呢? 本文来看一下线程池的主要处理流程,处理流程图下图所示。

从图中可以看出,当提交一个新任务到线程池时,线程池的处理流程如下。

  1. 线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务,则进入下个流程。
  2. 线程池判断工作队列是否已经满。如果工作队列没有满,则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了,则进入下个流程。
  3. 线程池判断线程池的线程是否都处于工作状态。如果没有,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了,则交给饱和策略来处理这个任务。

ThreadPoolExecutor 执行 execute() 方法的示意图如下:


ThreadPoolExecutor执行execute方法分下面4种情况:

  • 如果当前运行的线程少于corePoolSize,则创建新线程来执行任务(注意,执行这一步骤需要获取全局锁)。上图1
  • 如果运行的线程等于或多于corePoolSize,则将任务加入BlockingQueue。上图2
  • 如果无法将任务加入BlockingQueue(队列已满),则创建新的线程来处理任务(注意,执行这一步骤需要获取全局锁)。上图3
  • 如果创建新线程将使当前运行的线程超出maximumPoolSize,任务将被拒绝,并调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法。上图4

ThreadPoolExecutor采取上述步骤的总体设计思路,是为了在执行execute()方法时,尽可能地避免获取全局锁(那将会是一个严重的可伸缩瓶颈)。在ThreadPoolExecutor完成预热之后(当前运行的线程数大于等于corePoolSize),几乎所有的execute()方法调用都是执行 上图2 ,而 上图2 不需要获取全局锁。


源码分析

上面的流程分析让我们很直观地了解了线程池的工作原理,让我们再通过源代码来看看是如何实现的,线程池执行任务的方法如下:

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    int c = ctl.get();
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        // 如果线程数小于基本线程数,则创建线程并执行当前任务
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    // 如线程数大于等于基本线程数或线程创建失败,则将当前任务放到工作队列中。
    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))
        // 如果线程池不处于运行中或任务无法放入队列,
        //并且当前线程数量小于最大允许的线程数量,则创建一个线程执行任务.
        // 抛出RejectedExecutionException异常
        reject(command);
}
复制代码


工作线程:线程池创建线程时,会将线程封装成工作线程Worker,Worker在执行完任务后,还会循环获取工作队列里的任务来执行。我们可以从Worker类的run()方法里看到这点

public void run() {
    try {
        Runnable task = firstTask;
        firstTask = null;
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {
            runTask(task);
            task = null;
        }
    } finally {
        workerDone(this);
    }
}
复制代码


说明线程池中的线程都是运行状态

ThreadPoolExecutor中线程执行任务的示意图如下:


线程池中的线程执行任务分两种情况:

  • 在execute()方法中创建一个线程时,会让这个线程执行当前任务。
  • 这个线程执行完上图中1的任务后,会反复从BlockingQueue获取任务来执行。


线程池的源码(ThreadPoolExecutor)


我就讲讲Java的ThreadPoolExecutor吧,Spring的ThreadPoolTaskExecutor底层也是Java的ThreadPoolExecutor

继承结构

  • Executor接口只有一个方法execute,传入线程任务参数
  • ExecutorService接口继承Executor接口,并增加了submit、shutdown、invokeAll等等一系列方法。
  • AbstractExecutorService抽象类实现ExecutorService接口,并且提供了一些方法的默认实现,例如submit方法、invokeAny方法、invokeAll方法。 像execute方法、线程池的关闭方法(shutdown、shutdownNow等等)就没有提供默认的实现。
  • ThreadPoolExecutor 一个最下面的底层实现,我们具体就来看看它
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