java多线程之线程池ThreadPoolExecutor源码分析

前言

上一篇咱们分析了线程池的架构和它的工作流程，并且最后创建了一个线程池，本篇咱们就来深入分析线程池的实现类ThreadPoolExecutor。

1、构造方法

构造方法中有4个方法，本质上都是调用的下面这个构造方法：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
						  int maximumPoolSize,
						  long keepAliveTime,
						  TimeUnit unit,
						  BlockingQueue<Runnable> 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.acc = System.getSecurityManager() == null ?
			null :
			AccessController.getContext();
	//线程池的核心线程数目
	this.corePoolSize = corePoolSize;
	//线程池的最大线程数目
	this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
	//阻塞的队列（存储的是待运行的线程）
	this.workQueue = workQueue;
	//大于核心线程那部分线程，在空闲时候存活的时间
	this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
	//线程工厂（主要作用是创建线程），一般是默认
	this.threadFactory = threadFactory;
	//工作队列满了时候的饱和策略
	this.handler = handler;
}

2、饱和策略

上面的构造方法中，我们着重需要注意的是饱和策略，线程池中定义了四种饱和策略：
1、CallerRunsPolicy

public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
	public CallerRunsPolicy() { }
	//使用主线程执行新任务
	public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
		if (!e.isShutdown()) {
			//此方法相同于同步方法
			r.run();
		}
	}
}

2、 AbortPolicy（线程池默认的策略）

public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler {	
	public AbortPolicy() { }

	public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
		//抛出 RejectedExecutionException来拒绝新任务的处理
		throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() + " rejected from " + e.toString());
	}
}

3、DiscardPolicy

public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler {
	public DiscardPolicy() { }
	//不执行任何操作，丢弃新任务
	public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
	}
}

4、DiscardOldestPolicy

public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler {
	public DiscardOldestPolicy() { }
	//此策略将丢弃最早的未处理的任务
	public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
		if (!e.isShutdown()) {
			e.getQueue().poll();
			e.execute(r);
		}
	}
}

3、阻塞队列

上一篇例子中，咱们使用Executors工具类创建了一个线程固定大小的线程池，方法内部是使用ThreadPoolExecutor创建的线程池，咱们看下源码：

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
	return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
								  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

使用的是LinkedBlockingQueue作为阻塞队列，LinkedBlockingQueue的默认构造函数允许的队列长度是Integer.MAX_VALUE，若堆积大量的请求，可能会造成OOM，此处就是为什么《阿里巴巴 Java 开发手册》中不推荐使用Executors工具类创建线程池的原因。

4、execute方法

下面是执行流程图：

对照流程图，我们再来看源码：

//ctl中存放的是int值，int值得高低位保存了线程池运行的状态和有效线程的数量
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
private static int workerCountOf(int c) {
	return c & CAPACITY;
}
//任务队列
private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;
public void execute(Runnable command) {
	//如果任务为null,则抛出异常
	if (command == null)
		throw new NullPointerException();
	//获取线程池状态和核心线程数
	int c = ctl.get();
	//以下有3步：
	//步骤1：
	//如果线程池工作的线程小于核心线程数
	if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { 
		//则增加一个线程，并把该任务交给它去执行
		if (addWorker(command, true))
			//成功则返回
			return;
		c = ctl.get();
	}
	//步骤2：
	//线程池的运行状态是RUNNING，并且新任务成功加入到阻塞队列
	if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
		//再次获取线程池状态和有效线程数
		int recheck = ctl.get();
		//如果线程池状态不是RUNNING（线程池异常终止了）,将线程从工作队列中移除
		if (! isRunning(recheck) && remove(command))
			//执行饱和策略
			reject(command);
		//
		else if (workerCountOf(recheck) == 0)
			//若当前线程池为空则新建一个线程并执行
			addWorker(null, false);
	}
	//步骤3：
	//如果新建线程执行任务失败，则执行饱和策略
	else if (!addWorker(command, false))
		reject(command);
}

上面的方法多次调用了addWorker方法，我们跟踪进去看下源码：

// 添加工作线程，返回true则创建和启动工作线程成功;返回false则没有新创建工作线程
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
	retry:
	for (;;) {
		//获取线程池对应的int值
		int c = ctl.get();
		//获取线程池状态
		int rs = runStateOf(c);
		// Check if queue empty only if necessary.
		if (rs >= SHUTDOWN &&
			! (rs == SHUTDOWN &&
			   firstTask == null &&
			   ! workQueue.isEmpty()))
			return false;
		for (;;) {
			//获取工作线程数
			int wc = workerCountOf(c);
			//工作线程数超过允许的“最大线程数”则返回false
			//core为true,“最大线程数”就是核心线程数，则表明创建核心线程数失败
			if (wc >= CAPACITY ||
				wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
				return false;
			// 成功通过CAS更新工作线程数wc，则break到最外层的循环
			if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
				break retry;
			c = ctl.get();  // Re-read ctl
			// 如果线程的状态改变了就跳到外层循环执行
			if (runStateOf(c) != rs)
				continue retry;
			//如果CAS更新工作线程数wc失败，则可能是并发更新导致的失败，继续在内层循环重试即可
			// else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
		}
	}
	// 标记工作线程是否启动成功
	boolean workerStarted = false;
	//标记工作线程是否创建成功
	boolean workerAdded = false;
	//工作线程
	Worker w = null;
	try {
		//创建一个工作线程
		w = new Worker(firstTask);
		final Thread t = w.thread;
		if (t != null) {
			final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
			//获取锁
			mainLock.lock();
			try {
				// Recheck while holding lock.
				// Back out on ThreadFactory failure or if
				// shut down before lock acquired.
				int rs = runStateOf(ctl.get());
				// 再次确认"线程池状态"
				if (rs < SHUTDOWN ||
					(rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
					if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
						throw new IllegalThreadStateException();
					//把创建的工作线程实例添加到工作线程集合
					workers.add(w);
					/更新当前工作线程的峰值容量largestPoolSize
					int s = workers.size();
					if (s > largestPoolSize)
						largestPoolSize = s;
					workerAdded = true;
				}
			} finally {
				//释放锁
				mainLock.unlock();
			}
			//如果加入线程池成功
			if (workerAdded) {
				//启动线程
				t.start();
				workerStarted = true;
			}
		}
	} finally {
		//如果线程启动失败，则需要从工作线程集合移除对应线程
		if (! workerStarted)
			addWorkerFailed(w);
	}
	return workerStarted;
}

5、shutdown方法

线程池不用了，要关闭线程池，下面是源码：

public void shutdown() {
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    // 获取锁
    mainLock.lock();
    try {
        //校验是否有权限。
        checkShutdownAccess();
        //设置SHUTDOWN状态。
        advanceRunState(SHUTDOWN);
        //中断线程池中所有空闲线程。
        interruptIdleWorkers();
        //钩子函数
        onShutdown(); // hook for ScheduledThreadPoolExecutor
    } finally {
        //释放锁
        mainLock.unlock();
    }
    //尝试终止线程池
    tryTerminate();
}

结束语

本篇详细的分析了ThreadPoolExecutor的execute方法，耗费了不少时间，但是，如果本文对你哪怕是有一点点的帮助，博主也感觉值得了。