多线程（十七、深入了解线程池-ThreadPoolExecutor）
ThreadPoolExecutor原理
ThreadPoolExecutor构造函数参数
/**
* 使用给定的参数创建ThreadPoolExecutor.
*
* @param corePoolSize 核心线程池中的最大线程数
* @param maximumPoolSize 总线程池中的最大线程数
* @param keepAliveTime 空闲线程的存活时间
* @param unit keepAliveTime的单位
* @param workQueue 任务队列, 保存已经提交但尚未被执行的任务
* @param threadFactory 线程工厂(用于指定如果创建一个线程)
* @param handler 拒绝策略 (当任务太多导致工作队列满时的处理策略)
*/
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,
BlockingQueue 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); // 使用纳秒保存存活时间
this.threadFactory = threadFactory;
this.handler = handler;
} 1、ThreadPoolExecutor在逻辑上将自身管理的线程池划分为两部分：核心线程池（大小对应为corePoolSize）、非核心线程池（大小对应为maximumPoolSize-corePoolSize）。
2、ThreadPoolExecutor中只有一种类型的线程，名叫Worker，它是ThreadPoolExecutor内部类，封装着Runnable任务和执行该任务的Thread对象，我们称它为【工作线程】，它也是ThreadPoolExecutor唯一需要进行维护的线程；
3、【核心线程池】【非核心线程池】都是逻辑上的概念，ThreadPoolExecutor在任务调度过程中会根据corePoolSize和maximumPoolSize的大小，判断如何执行任务。
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线程池状态和管理
1、ThreadPoolExecutor内部定义了一个AtomicInteger变量—ctl，通过按位划分的方式，在一个变量中记录线程池状态和工作线程数量
1、低29位保存线程数
2、高3位保存线程池状态
//保存线程池状态和工作线程数:低29位: 工作线程数,高3位 : 线程池状态
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
// 最大线程数: 2^29-1
private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1;
// 线程池状态
private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS; //接受新任务, 且处理已经进入阻塞队列的任务
private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS; //不接受新任务, 但处理已经进入阻塞队列的任务
private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS; //不接受新任务, 且不处理已经进入阻塞队列的任务, 同时中断正在运行的任务
private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS; //所有任务都已终止, 工作线程数为0, 线程转化为TIDYING状态并准备调用terminated方法
private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS; //terminated方法已经执行完成工作线程
工作线程（Worker），Worker内部类，实现了AQS框架，ThreadPoolExecutor通过一个HashSet来保存工作线程：
Worker定义
/**
* Worker表示线程池中的一个工作线程, 可以与任务相关联.
* 由于实现了AQS框架, 其同步状态值的定义如下:
* -1: 初始状态
* 0: 无锁状态
* 1: 加锁状态
*/
private final class Worker extends AbstractQueuedSynchronizer implements Runnable {
/**
* 与该Worker关联的线程.
*/
final Thread thread;
/**
*初始化任务，可以为空，为空的时候则去任务队列workQueue里获取
*/
Runnable firstTask;
/**
* 当前工作线程处理完成的任务数
*/
volatile long completedTasks;
Worker(Runnable firstTask) {
setState(-1); // 初始的同步状态值
this.firstTask = firstTask;
this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}
/**
* 执行任务
*/
public void run() {
runWorker(this);
}
/**
* 是否加锁
*/
protected boolean isHeldExclusively() {
return getState() != 0;
}
/**
* 尝试获取锁
*/
protected boolean tryAcquire(int unused) {
if (compareAndSetState(0, 1)) {
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
return true;
}
return false;
}
/**
* 尝试释放锁
*/
protected boolean tryRelease(int unused) {
setExclusiveOwnerThread(null);
setState(0);
return true;
}
public void lock() {
acquire(1);
}
public boolean tryLock() {
return tryAcquire(1);
}
public void unlock() {
release(1);
}
public boolean isLocked() {
return isHeldExclusively();
}
/**
* 中断线程(仅任务非初始状态)
*/
void interruptIfStarted() {
Thread t;
if (getState() >= 0 && (t = thread) != null && !t.isInterrupted()) {
try {
t.interrupt();
} catch (SecurityException ignore) {
}
}
}
}线程池执行execute
execute代码逻辑
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
//获取线程池状态和工作线程数量
int c = ctl.get();
//如果工作线程数 < 核心线程数，则创建工作线程
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
if (addWorker(command, true)) //addWorker创建工作线程
return;
c = ctl.get();
}
//工作线程创建失败，或者，工作线程 >= 核心线程数，任务插入任务队列workQueue
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
//再次检查线程池状态，如果不是运行状态，移除任务，并拒绝
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
//如果工作线程为0，则创建一个不带任务的线程，线程自动去任务队列获取任务执行
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
//任务插入队列失败，创建非核心工作线程，如果失败，则说明工作线程 > 总线程数量，则执行拒绝策略
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}执行流程图
说明：
1、如果工作线程数小于核心线程池上限（CorePoolSize），则直接新建一个工作线程并执行任务；
2、如果工作线程数大于等于CorePoolSize，则尝试将任务加入到队列等待以后执行。如果队列已满，则在总线程池未满的情况下（CorePoolSize ≤ 工作线程数 ＜ maximumPoolSize）新建一个工作线程立即执行任务，否则执行拒绝策略。
创建工作线程addWorker
/**
* 添加工作线程并执行任务
*
* @param firstTask 如果指定了该参数, 表示将立即执行该firstTask任务; 否则从工作队列中获取任务并执行
* @param core 执行任务的工作线程归属于哪个线程池: true-核心线程池 false-非核心线程池
*/
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
retry:
for (;;) {
int c = ctl.get();
int rs = runStateOf(c);
/**
* 这个if主要是判断哪些情况下, 线程池不再接受新任务执行, 而是直接返回.总结下, 有以下几种情况：
* 1. 线程池状态为 STOP 或 TIDYING 或 TERMINATED: 线程池状态为上述任一一种时, 都不会再接受任务，所以直接返回
* 2. 线程池状态≥ SHUTDOWN 且 firstTask != null: 因为当线程池状态≥ SHUTDOWN时, 不再接受新任务的提交，所以直接返回
* 3. 线程池状态≥ SHUTDOWN 且 队列为空: 队列中已经没有任务了, 所以也就不需要执行任何任务了，可以直接返回
*/
if (rs >= SHUTDOWN &&
! (rs == SHUTDOWN &&
firstTask == null &&
! workQueue.isEmpty()))
return false;
for (;;) {
//获取工作线程数
int wc = workerCountOf(c);
/**
* 这个if主要是判断工作线程数是否超限, 以下任一情况属于超限, 直接返回:
* 1. 工作线程数超过最大工作线程数(2^29-1)
* 2. 工作线程数超过核心线程池上限(入参core为true, 表示归属核心线程池)
* 3. 工作线程数超过总线程池上限(入参core为false, 表示归属非核心线程池)
*/
if (wc >= CAPACITY ||
wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
return false;
//增加工作线程数
if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
break retry;
c = ctl.get();
//CAS失败，自旋重新操作
if (runStateOf(c) != rs)
continue retry;
}
}
boolean workerStarted = false;
boolean workerAdded = false;
Worker w = null;
try {
//将任务包装成工作线程
w = new Worker(firstTask);
final Thread t = w.thread;
if (t != null) {
//加锁
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
//重新检查线程池状态
int rs = runStateOf(ctl.get());
if (rs < SHUTDOWN ||
(rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
throw new IllegalThreadStateException();
//工作线程加入集合
workers.add(w);
int s = workers.size();
if (s > largestPoolSize)
largestPoolSize = s;
workerAdded = true;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
if (workerAdded) {
//启动线程，这个很关键，因为t在new的时候是用Work作为任务的，
// Work实现了Runnale接口，所以t.start就是执行Work的run方法
t.start();
workerStarted = true;
}
}
} finally {
if (! workerStarted)
addWorkerFailed(w);
}
return workerStarted;
}特别注意：
启动线程，这个很关键，因为thread在new的时候是用Work（this）作为任务的, Work实现了Runnale接口，所以t.start就是执行Work的run方法。
工作线程的执行runWorker
final void runWorker(Worker w) {
Thread wt = Thread.currentThread();
// 任务, 如果是null则从队列取任务
Runnable task = w.firstTask;
w.firstTask = null;
w.unlock(); // 允许执行线程被中断
boolean completedAbruptly = true;
try {
// 当task==null时会通过getTask从队列取任务
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
w.lock();
if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
(Thread.interrupted() &&
runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
!wt.isInterrupted())
wt.interrupt();
try {
// 钩子方法，由子类自定义实现
beforeExecute(wt, task);
Throwable thrown = null;
try {
// 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 {
// 钩子方法，由子类自定义实现
afterExecute(task, thrown);
}
} finally {
task = null;
w.completedTasks++; // 完成任务数+1
w.unlock();
}
}
//说明该工作线程自身既没有携带任务, 也没从任务队列中获取到任务
completedAbruptly = false;
} finally {
processWorkerExit(w, completedAbruptly);
}
}获取任务方法getTask
private Runnable getTask() {
boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?
for (;;) {
int c = ctl.get();
int rs = runStateOf(c);
/**
* 以下IF用于判断哪些情况下不允许再从队列获取任务:
* 1. 线程池进入停止状态（STOP/TIDYING/TERMINATED）, 此时即使队列中还有任务未执行, 也不再执行
* 2. 线程池非RUNNING状态, 且队列为空
*/
if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
decrementWorkerCount();
return null;
}
int wc = workerCountOf(c);
/**
* timed变量用于判断是否需要进行超时控制:
* 对于核心线程池中的工作线程, 除非设置了allowCoreThreadTimeOut==true, 否则不会超时回收;
* 对于非核心线程池中的工作线程, 都需要超时控制
*/
boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
// 这里主要是当外部通过setMaximumPoolSize方法重新设置了最大线程数时
// 需要回收多出的工作线程
if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
&& (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
return null;
continue;
}
try {
//区分超时操作还是非超时获取
Runnable r = timed ?
workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
workQueue.take();
if (r != null)
return r;
timedOut = true;
} catch (InterruptedException retry) {
timedOut = false;
}
}
}拒绝策略
所谓拒绝策略，就是在构造ThreadPoolExecutor时，传入的RejectedExecutionHandler对象，一共4种
1.AbortPolicy（默认），抛出一个RejectedExecutionException异常
2、DiscardPolicy，什么都不做，等任务自己被回收
3、DiscardOldestPolicy，丢弃任务队列中的最近一个任务，并执行当前任务
4、CallerRunsPolicy，以自身线程来执行任务,减缓新任务提交的速度
线程池关闭
1、shutdown方法将线程池切换到SHUTDOWN状态（如果已经停止，则不用切换），并调用interruptIdleWorkers方法中断所有空闲的工作线程，最后调用tryTerminate尝试结束线程池
2、shutdownNow方法的主要不同之处就是，它会将线程池的状态至少置为STOP，同时中断所有工作线程（无论该线程是空闲还是运行中），同时返回任务队列中的所有任务
分享标题：多线程（十七、深入了解线程池-ThreadPoolExecutor）
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