怎么理解ThreadPoolExecutor線程池技術

本篇文章為大家展示了怎么理解ThreadPoolExecutor線程池技術，內容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細介紹希望你能有所收獲。

Java是一門多線程的語言，基本上生產環境的Java項目都離不開多線程。而線程則是其中最重要的系統資源之一，如果這個資源利用得不好，很容易導致程序低效率，甚至是出問題。

有以下場景，有個電話撥打系統，有一堆需要撥打的任務要執行，首先肯定是考慮多線程異步去執行。假如我每執行一個撥打任務都new一個Thread去執行，當同時有1萬個任務需要執行的時候，那么就會新建1萬個線程，加上線程各種初始銷毀等操作，這個消耗是巨大的。而其實往往實現這些功能的時候，并不是完全需要實時馬上完成，只是希望在可控范圍內盡量提高執行的并發性能。

因此線程池技術應用而生，Java中最常用的線程池技術就是ThreadPoolExecutor。接下來就整體看看ThreadPoolExecutor的實現。 這個類的注解非常多，很多也是重點，所以就不從注解開始看起。先從使用說起，有個概念先。

基本使用

        // 核心線程
        int corePoolSize = 5;
        // 最大線程
        int maximumPoolSize = 10;
        // 線程空閑回收時間
        int keepAliveTime = 30;
        // 線程空閑回調時間單位
        TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS;
        // 隊列大小
        int queueSize = 20;
        // 隊列
        BlockingQueue workQueue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(queueSize);
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue);
        executor.execute(() -> {
            // do something 1
        });
        executor.execute(() -> {
            // do something 2
        });

定義好一些必要的參數，構建一個ThreadPoolExecutor對象。然后調用對象的execute()方法即可。 參數說明：

• corePoolSize，線程池保留的最小線程數。如果線程池中的線程少于此數目，則在執行execut()時創建。

• maximumPoolSize，線程池中允許擁有的最大線程數。

• keepAliveTime、unit，當線程閑置時，保持線程存活的時間。

• workQueue，工作隊列，存放提交的等待任務，其中有隊列大小的限制。

線程管理機制

非常多人誤解了corePoolSize、maximumPoolSize、workQueue的相互關系。不少人認為無論隊列選擇什么，corePoolSize和maximumPoolSize一定是有用，定義一定是生效的，其實并不然啊!

看下線程基本規則注解說明

1. 默認情況下，線程池在初始的時候，線程數為0。當接收到一個任務時，如果線程池中存活的線程數小于corePoolSize核心線程，則新建一個線程。

2. 如果所有運行的核心線程都都在忙，超出核心線程處理的任務，執行器更多地選擇把任務放進隊列，而不是新建一個線程。

3. 如果一個任務提交不了到隊列，在不超出最大線程數量情況下，會新建線程。超出了就會報錯。

另外，如果想在線程初始化時候就有核心線程，可以調用prestartCoreThread()或prestartAllCoreThread()，前者是初始一個，后者是初始全部。

再看看排隊策略

• 直接提交，用SynchronousQueue。特點是不保存，直接提交給線程，如果沒沒線程，則新建一個。

• 無限提交，用類似LinkedBlockingQueue無界隊列。特點是保存所以核心線程處理不了的任務，隊列無上限，最大線程也沒用。

• 有限提交，用類似ArrayBlockingQueue有界隊列。特點是可以保存超過核心線程的任務，并且隊列也是有上限的。超過上限，新建線程（滿了拋錯）。更好地保護資源，防止崩潰，也是最常用的排隊策略。

從以上規則可以看出來，核心線程數和最大線程數，還有隊列結構是相互影響的，如何排隊，隊列多大，最大線程是多少都是不一定的。

再看看保持存活機制

當超過核心線程數的線程，線程池會讓該線程保持存活keepAliveTime時間，超過該時間則會銷毀該線程。 另外默認對非核心線程有效，若想核心線程也適用于這個機制，可以調用allowCoreThreadTimeOut()方法。這樣的話就沒有核心線程這一說了。

綜合以上，線程池在多次執行任務后，會一直維持部分線程存活，即使它是閑置的。這樣的目的是為了減少線程銷毀創建的開銷，下次有個任務需要執行，直接從池子里拿線程就能用了。但核心線程不能維護太多，因為也需要一定開銷。最大的線程數保護了整個系統的穩定性，避免并發量大的時候，把線程擠滿。工作隊列則是保證了任務順序和暫存，系統的可靠性。線程存活規則的目的和維護核心線程的目的類似，但降低了它的存活的時間。

另外還有拒絕機制，它提供了一些異常情況下的解決方案。

ctl線程狀態控制

這個ctl變量是整個線程池的核心控制狀態。

這個ctl代表了兩個變量

• workerCount，生效的線程數。基本可以理解為存活的線程，但某個時候有暫時性的差異。

• runState，線程池的運行狀態。 其中，ctl（int32位）的低29位代表workerCount，所以最大線程數為(2^29)-1。另外3位表示runState。

runState有以下幾種狀態：

• RUNNING：接收新任務，處理隊列任務。

• SHUTDOWN：不接收新任務，但處理隊列任務。

• STOP：不接收新任務，也不處理隊列任務，并且中斷所有處理中的任務。

• TIDYING：所有任務都被終結，有效線程為0。會觸發terminated()方法。

• TERMINATED：當terminated()方法執行結束。

當調用了shutdown()，狀態會從RUNNING變成SHUTDOWN，不再接收新任務，此時會處理完隊列里面的任務。 如果調用的是shutdownNow()，狀態會直接變成STOP。 當線程或者隊列都是空的時候，狀態就會變成TIDYING。 當terminated()執行完的時候，就會變成TERMINATED。

execute()

帶著對上面的規則與機制的認識，現在從就這這個入口開始看看源碼，到底整個流程是怎么實現的。

1. 如果少于核心線程在跑，用這個任務嘗試創建一個新線程。

2. 如果一個任務成功入隊，再次檢查下線程池狀態看是否需要入隊，因為可能在入隊過程中，狀態發送了變化。如果確認入隊且沒有存活線程，則新建一個空線程。

3. 如果進不了隊，則嘗試新建一個線程，如果都失敗了。拒絕這個task

對于第二點最后為什么新建一個線程？很容易猜想到，會有一個輪詢的機制讓下個task出隊，直接利用這個空閑線程。

注釋基本解釋了所有代碼，代碼也沒什么特別的。其中最主要的還是addWoker()這個方法，下面來看看。

addWoker()

先了解下這個方法的整體思路

從描述可知，addwoker失敗，會在線程池狀態不對、線程滿了或者線程工廠創建線程池失敗時候發生。 這個方法比較長，分兩段看。先看第一段。

retry:這種寫法，如果比較少看源碼的，應該是前所未見的了。這是個循環的位置標記，是java的語法之一。看回代碼，這里面for循環還嵌套里一個for循環，而retry:是標記第一個for循環的，后面break和continue語句都指向到了retry。說明break和continue是都是操作外層的for循環。retry可以是任何變量命名合法的字符。

然后看看外出for循環的if語句

這個if判斷想要執行到return false;，隊列為空是一個必要條件。因為addWork()不單只接收新任務會調用到，處理隊列中的任務也會調用到。而前面提到SHUTDOWN狀態下還會處理隊列中的任務的，所以隊列不為空是會讓它繼續執行下去的。

對于內層的for循環

會先判斷worker的數據是否符合corePoolSize和maximumPoolSize的定義，不滿足則返回失敗。 然后嘗試CAS讓workerCount自增，如果CAS失敗還是繼續自旋去自增，直到成功。除非線程池狀態發生了變化，發退回到外層for循環重新執行，判斷線程池的狀態。

第一段的代碼，就是讓workerCount在符合條件下自增

第二段代碼

這段比較好理解，先創建一個Worker對象，這個Worker里面包含一個由線程工廠創建的線程，和一個需要執行的任務（可以為空）。如果線程創建成功了，那么就加一個重入鎖去把這個新建的Worker對象放到workers成員變量中，在加入之前需要重新判斷下線程池的狀態和新建線程的狀態。如果worker添加到workers成員變量中，就啟動這個新建的線程。最后如果添加失敗，則執行addWorkFailed(w)。

如果失敗了，加鎖操作回滾下wokers、workerCount，然后判斷下狀態看看是否需要終結線程池。

addWorker()大概的流程就這樣。

對于其他方法，沒有什么特別的，在此不再過多的敘述，有興趣的可以翻翻源碼閱讀下。 回顧總結下上面的核心要點

1. 當核心線程滿且忙碌時，線程池傾向于把提交的任務放進隊列，而不是新建線程。

2. 根據選擇隊列的不同，maximumPoolSize不一定有用的。具體有三種不同的策略。

3. ctl是線程池的核心控制狀態，包含的runState線程池運行狀態和workCount有效線程數。

4. retry:是一種標記循環的語法，retry可以是任何變量命名合法字符。

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