线程池与源码阅读
ThreadPoolExecutor源码解析
1、常用变量的解释
// 1. `ctl`，可以看做一个int类型的数字，高3位表示线程池状态，低29位表示worker数量
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
// 2. `COUNT_BITS`，`Integer.SIZE`为32位，所以`COUNT_BITS`为29位
private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
// 3. `CAPACITY`，线程池允许的最大线程数。1左移29位，然后减1，即为 2^29 - 1
private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1;
// runState is stored in the high-order bits
// 4. 线程池有5种状态，按大小排序如下：RUNNING < SHUTDOWN < STOP < TIDYING < TERMINATED
private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS;
private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS;
private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS;
private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS;
private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS;
// Packing and unpacking ctl
// 5. `runStateOf()`，获取线程池状态，通过按位与操作，低29位将全部变成0
private static int runStateOf(int c) { return c & ~CAPACITY; }
// 6. `workerCountOf()`，获取线程池worker数量，通过按位与操作，高3位将全部变成0
private static int workerCountOf(int c) { return c & CAPACITY; }
// 7. `ctlOf()`，根据线程池状态和线程池worker数量，生成ctl值
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }
/*
* Bit field accessors that don't require unpacking ctl.
* These depend on the bit layout and on workerCount being never negative.
*/
// 8. `runStateLessThan()`，线程池状态小于xx
private static boolean runStateLessThan(int c, int s) {
return c < s;
}
// 9. `runStateAtLeast()`，线程池状态大于等于xx
private static boolean runStateAtLeast(int c, int s) {
return c >= s;
}
2、构造方法
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler) {
// 基本类型参数校验
if (corePoolSize < 0 ||
maximumPoolSize <= 0 ||
maximumPoolSize < corePoolSize ||
keepAliveTime < 0)
throw new IllegalArgumentException();
// 空指针校验
if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
throw new NullPointerException();
this.corePoolSize = corePoolSize;
this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
this.workQueue = workQueue;
// 根据传入参数`unit`和`keepAliveTime`，将存活时间转换为纳秒存到变量`keepAliveTime `中
this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
this.threadFactory = threadFactory;
this.handler = handler;
}
3、提交执行task的过程
- 刚开始的时候，线程池里的线程数为0
- 来一个任务，起一个核心线程，来一个任务，起一个核心线程
- 核心线程数满了之后，都占着呢，怎么办呢？放到队列里
- 最后队列也满了，核心线程数也满了，怎么办呢？起非核心线程
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
/*
* Proceed in 3 steps:
*
* 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to
* start a new thread with the given command as its first
* task. The call to addWorker atomically checks runState and
* workerCount, and so prevents false alarms that would add
* threads when it shouldn't, by returning false.
*
* 2. If a task can be successfully queued, then we still need
* to double-check whether we should have added a thread
* (because existing ones died since last checking) or that
* the pool shut down since entry into this method. So we
* recheck state and if necessary roll back the enqueuing if
* stopped, or start a new thread if there are none.
*
* 3. If we cannot queue task, then we try to add a new
* thread. If it fails, we know we are shut down or saturated
* and so reject the task.
*/
int c = ctl.get();
// worker数量比核心线程数小，直接创建worker执行任务
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
// addWorker 第二个参数，表示是否是核心线程。当核心线程数不够的时候，先添加核心线程
if (addWorker(command, true))
return;
// 再次检查这个值c，为什么要再次检查？
// 因为多线程的情形，在你执行任意两句话的中间，都有可能被其他线程改变了这个状态值
// 所以一定要重新再那一遍
c = ctl.get();
}
// worker数量超过核心线程数，任务直接进入队列
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
// 线程池状态不是RUNNING状态，说明执行过shutdown命令，需要对新加入的任务执行reject()操作。
// 这儿为什么需要recheck，是因为任务入队列前后，线程池的状态可能会发生变化。思想类似于DCL的double check
if (!isRunning(recheck) && remove(command))
// 如果不是 running 状态，说明执行过 shutdown 命令。只有 shutdown 命令才会把 running 状态转换成别的状态
// 既然已经 shutdown，而我上面把它加到了Queue里头，所以还得把它 remove 出来
// remove 完以后，调用 reject 拒绝这个任务
reject(command);
// 这儿为什么需要判断0值，主要是在线程池构造方法中，核心线程数允许为0
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
// 于是添加非核心线程
addWorker(null, false);
}
// 如果线程池不是运行状态，或者任务进入队列失败，则尝试创建worker执行任务。
// 这儿有3点需要注意：
// 1. 线程池不是运行状态时，addWorker内部会判断线程池状态
// 2. addWorker第2个参数表示是否创建核心线程
// 3. addWorker返回false，则说明任务执行失败，需要执行reject操作
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}
4、addworker源码解析
添加线程首先你要理解添加到哪儿，肯定是添加到容器里。往里头添加线程的时候，务必要知道可能有好多好多个线程都在往里头扔，所以要做同步，这是第一点。然后呢它要追求效率，所以它不会用sync，它或者用Lock或者用自旋，所以也就增加了代码的一个复杂的程度。
外层自旋，只干了一件事，就是把 Worker 的数量+1。你添加的这个数量在哪儿？就在ctl的那29位里面。ctl的前3位是状态，后29位是数量。要把这个数量+1，而且是在多线程的状态下+1。内层自选，说明经过判断，可以往里加了。
然后下面才是真真正正的
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
retry:
// 外层自旋，只干了一件事，就是把 Worker 的数量+1。你要add worker 的嘛，数量肯定是要同步的呀。
// 你添加的这个数量在哪儿？就在ctl的那29位里面。ctl的前3位是状态，后29位是数量。要把这个数量+1，而且是在多线程的状态下+1
for (;;) {
int c = ctl.get();
int rs = runStateOf(c);
// 这个条件写得比较难懂，我对其进行了调整，和下面的条件等价
// (rs > SHUTDOWN) ||
// (rs == SHUTDOWN && firstTask != null) ||
// (rs == SHUTDOWN && workQueue.isEmpty())
// 1. 线程池状态大于SHUTDOWN时，说明已经shutdown了，还往里面加个头啊，就别加了嘛，直接返回false
// 2. 线程池状态等于SHUTDOWN，且firstTask不为null，已经正在shutdown了，里面还有任务呢，你就别往里加了，直接返回false
// 3. 线程池状态等于SHUTDOWN，且队列为空，直接返回false
// Check if queue empty only if necessary.
if (rs >= SHUTDOWN &&
! (rs == SHUTDOWN &&
firstTask == null &&
! workQueue.isEmpty()))
return false;
// 内层自旋
for (;;) {
int wc = workerCountOf(c);
// worker数量超过容量，直接返回false
if (wc >= CAPACITY ||
wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
return false;
// 使用CAS的方式增加worker数量。
// 若增加成功，则直接跳出外层循环进入到第二部分
if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
break retry;
c = ctl.get(); // Re-read ctl
// 如果线程池状态发生变化，对外层循环进行自旋
// 如果线程池状态没有发生变化，继续内存循环进行自旋即可
if (runStateOf(c) != rs)
continue retry;
// 其他情况，直接内层循环进行自旋即可
// else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
}
}
// 这下面开始才是真真正正地起一个 worker
boolean workerStarted = false;
boolean workerAdded = false;
Worker w = null;
try {
// new了一个Worker，此时ThreadFactory会创建一个Thread传给Worker的thread变量。
w = new Worker(firstTask);
final Thread t = w.thread;
if (t != null) {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
// worker的添加必须是串行的，因此需要加锁
mainLock.lock();
try {
// Recheck while holding lock.
// Back out on ThreadFactory failure or if
// shut down before lock acquired.
// 这儿需要重新检查线程池状态
int rs = runStateOf(ctl.get());
if (rs < SHUTDOWN ||
(rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
// worker已经调用过了start()方法，则不再创建worker
if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
throw new IllegalThreadStateException();
// worker创建并添加到workers成功
workers.add(w);
// 更新`largestPoolSize`变量
int s = workers.size();
if (s > largestPoolSize)
largestPoolSize = s;
workerAdded = true;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
// 启动worker线程
if (workerAdded) {
t.start();
workerStarted = true;
}
}
} finally {
// worker线程启动失败，说明线程池状态发生了变化（关闭操作被执行），需要进行shutdown相关操作
if (! workerStarted)
addWorkerFailed(w);
}
return workerStarted;
}
5、线程池worker任务单元
worker 继承自 AQS，说明它本身是一把锁，为什么是一把锁呀？Worker 可以看作一个工人，好多任务可以同时往里扔的，也就会有多线程去访问这个对象的，所以它干脆把自己做成了一把锁，就不要去再定义一个Lock了
private final class Worker
extends AbstractQueuedSynchronizer
implements Runnable
{
/**
* This class will never be serialized, but we provide a
* serialVersionUID to suppress a javac warning.
*/
private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L;
/** Thread this worker is running in. Null if factory fails. */
final Thread thread;
/** Initial task to run. Possibly null. */
Runnable firstTask;
/** Per-thread task counter */
volatile long completedTasks;
/**
* Creates with given first task and thread from ThreadFactory.
* @param firstTask the first task (null if none)
*/
Worker(Runnable firstTask) {
setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
this.firstTask = firstTask;
// 这儿是Worker的关键所在，使用了线程工厂创建了一个线程。传入的参数为当前worker
this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}
/** Delegates main run loop to outer runWorker */
public void run() {
runWorker(this);
}
// 省略代码...
}
6、核心线程执行逻辑-runworker
老师给出的理解：Worker 不是线程，Worker 是 Runnable。
final void runWorker(Worker w) {
Thread wt = Thread.currentThread();
Runnable task = w.firstTask;
w.firstTask = null;
// 调用unlock()是为了让外部可以中断
w.unlock(); // allow interrupts
// 这个变量用于判断是否进入过自旋（while循环）
boolean completedAbruptly = true;
try {
// 这儿是自旋
// 1. 如果firstTask不为null，则执行firstTask；
// 2. 如果firstTask为null，则调用getTask()从队列获取任务。
// 3. 阻塞队列的特性就是：当队列为空时，当前线程会被阻塞等待
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
// 这儿对worker进行加锁，是为了达到下面的目的
// 1. 降低锁范围，提升性能
// 2. 保证每个worker执行的任务是串行的
w.lock();
// If pool is stopping, ensure thread is interrupted;
// if not, ensure thread is not interrupted. This
// requires a recheck in second case to deal with
// shutdownNow race while clearing interrupt
// 如果线程池正在停止，则对当前线程进行中断操作
if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
(Thread.interrupted() &&
runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
!wt.isInterrupted())
wt.interrupt();
// 执行任务，且在执行前后通过`beforeExecute()`和`afterExecute()`来扩展其功能。
// 这两个方法在当前类里面为空实现。
try {
beforeExecute(wt, task);
Throwable thrown = null;
try {
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 {
afterExecute(task, thrown);
}
} finally {
// 帮助gc
task = null;
// 已完成任务数加一
w.completedTasks++;
w.unlock();
}
}
completedAbruptly = false;
} finally {
// 自旋操作被退出，说明线程池正在结束
processWorkerExit(w, completedAbruptly);
}
}
