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java线程池系列(1)-ThreadPoolExecutor实现原理
2016-10-02 09:12:26         来源:yanyan19880509的专栏  
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做java开发的,一般都避免不了要面对java线程池技术,像tomcat之类的容器天然就支持多线程。即使是做偏后端技术,如处理一些消息,执行一些计算任务,也经常需要用到线程池技术。鉴于线程池技术的重要性,接下来会分多篇介绍java中提供的ThreadPoolExecutor线程池实现的底层机制。只有对机制了然于胸,才能更好驾驭这把利器。

线程池技术演示流程

关键概念:

如果说怎么最容易了解线程池的实现原理,那就是一步一步动态的演示。为了便于理解,这里先介绍几个线程池用到的概念。

ThreadPoolExecutor: 这是线程池实现类,会动态创建多个线程,并发执行提交的多个任务;

Worker: 是个Runnable实现类来的,内部会创建一个线程,一直循环不断执行任务,所以可以认为一个Worker就是一个工作线程;

corePoolSize: 当池中总线程数 到了corePoolSize,那么池中总线程数是不会跌破到corePoolSize以下的。(除非 allowCoreThreadTimeOut=true并且keepAliveTime>0);

maximumPoolSize: 当池中线程数达到了corePoolSize,这时候新提交的任务就会放入等待队列中,一般情况下,这些任务会被前面创建的 corePoolSize个线程执行。当任务提交速度过快,队列满了,这时候,如果当前总线程数

keepAliveTime:存活时间,分两种情况: (1)allowCoreThreadTimeOut=true,所有线程,一旦创建后,在keepAliveTime时间内,如果没有任务可以执行,则该线程会退出并销毁,这样的好处是系统不忙时可以回收线程资源;(2)allowCoreThreadTimeOut=false,如果总线程数<=corePoolSize,那么这些线程是不会退出的,他们会一直不断的等待任务并执行,哪怕当前没有任务,但如果线程数>corePoolSize,而且一旦一个线程闲的时间超过

keepAliveTime则会退出,但一旦降低到corePoolSize,则不会再退出了。

allowCoreThreadTimeOut: 用于决定是否在系统闲时可以逐步回收所有的线程,如果为allowCoreThreadTimeOut=true,必须结合keepAliveTime一起使用,用于决定当线程数

workQueue:这是一个阻塞队列,当线程数>=corePoolSize,这时候提交的任务将会放入阻塞队列中,如果阻塞队列是无界的,那么总的线程数是不可能>corePoolSize的,即maximumPoolSize属性就是无用的;如果阻塞队列是有界的,而且未满,则任务入队,否则根据maximumPoolSize的值判断是要新建线程执行新任务或者是根据策略丢弃任务。

有了以上的概念,接下来将根据 allowCoreThreadTimeOut的值分两种场景进行演示说明。

演示一: allowCoreThreadTimeOut=true

1、 初值设定: corePoolSize=2; maximumPoolSize=3;keepAliveTime=10s; workQueue容量为2; 初始状态图如下所示:

 

这里写图片描述

 

2、submit一个任务A,由于总线程数0

 

这里写图片描述

 

3、submit一个任务B,由于总线程数1

 

这里写图片描述

 

4、submit一个任务C,由于总线程数 2=corePoolSize,workQueue不满,这时候任务C入队列,状态图如下:

 

这里写图片描述

 

5、submit一个任务D,很明显,任务D入队列,状态图如下:

 

这里写图片描述

 

6、submit一个任务E,这时候,线程数2=corePoolSize,workQueue也已经满了,判断发现线程数2

 

这里写图片描述

 

7、submit一个任务F,这时候,2=corePoolSize,workQueue已满,判断发现线程数3=maximumPoolSize,这种情况下,线程池会根据策略来决定是否要放弃当前任务,或者是把workQueue中一个任务删除,然后入队新的任务,也可以自定义策略,比如,持久化到DB之类的,或者是发出警报。我们假设是直接丢弃策略,这时候状态图不变。

8、这会没有新任务到来了,各个任务陆续执行完了,包括队列中的C和D也执行完了,这时候,由于当前场景为allowCoreThreadTimeOut=true,如果在等待keepAliveTime时间后线程仍旧无法获取新的任务,线程将会自行退出,这将导致最终所有线程都退出了,也就是又再次回到了原始状态,如下图所示:

 

这里写图片描述

 

说得更简单一些就是:在 allowCoreThreadTimeOut=true时,如果一个线程等了keepAliveTime还无法获取新任务,则退出。

演示二:allowCoreThreadTimeOut=false

1~7 的步骤与状态跟“演示一”是一样的,所以这里不再赘述,这时候状态图如下:

 

这里写图片描述

 

8、这会没有新任务到来了,各个任务陆续执行完了,包括队列中的C和D也执行完了,这时候,由于当前场景为allowCoreThreadTimeOut=false,并且线程数3>corePoolSize,这时候每个线程都感知到线程数过多,所以它们都会尝试把自己停止掉,实现中最终只会停止一个线程,剩余线程数2=corePoolSize,接下来,哪怕一直没有新任务来,这corePoolSize个线程也不会退出,一直存活着等待接收任务。这时候,状态图如下:

 

这里写图片描述

 

线程池的状态

前一部分演示了线程池的基本实现原理,这一小节介绍一下线程池的状态,线程池概括上讲有5种状态,如下图所示:

 

这里写图片描述

 

RUNNING状态:

创建线程池的时候,线程池的初始状态为 RUNNING,接着就可以提交任务执行了。

SHUTDOWN状态:

当在RUNNING状态调用shutdown()时,线程池状态会被改为SHUTDOWN,这时候,submit任务的时候,会被拒绝,可以使用多种拒绝策略,

比如最简单就是直接丢弃任务。至于正在执行中的线程,会继续执行,同时会把阻塞队列中的任务也一并执行完毕,等到全部任务执行完毕,线程池会进入 TIDYING状态,等执行钩子方法terminated()之后,就会进入最终状态TERMINATED,这时候,整个线程池完全终止。

STOP状态:

当在RUNNING状态调用shutdownNow()时,线程池状态会被改为STOP,这时候,submit任务会被拒绝,那么如果有任务执行到一半,该怎么处理?其实,执行shutdownNow()时,会中断各个工作线程,所以任务会如何执行要看任务做的是什么事情,有没有处理中断异常。而阻塞队列如何有任务,这些任务将不会再执行,shutdownNow()执行后,将会返回阻塞队列中的未执行的任务列表。

TIDYING状态:

TIDYING只是一个过渡状态,当所有工作线程都停止后,线程池的状态会进入TIDYING,然后执行一个钩子方法terminated(),最后线程池会进入TERMINATED状态。

TERMINATED状态:

线程池终止状态,这个没什么可说的了,大家都明白。

总结

理解线程池最主要是要理解线程池几个主要的配置参数,如果不看实现细节,原理还是比较简单的。在了解原理的基础上再去看代码,就会事半功倍。

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