【关于java线程池】聊一聊ThreadPoolExecutor

最近在看java线程池的实现，主要是ThreadPoolExecutor，因此写个博客记录下来。

假设我们创建了一个线程池，其中核心线程数为3，最大线程数为6，任务队列的长度为5。

ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(3, 6, 1, TimeUnit.HOURS, new ArrayBlockingQueue<>(5));

那么根据ThreadPoolExecutor的doc描述来看，我们可以得到以下的信息

核心线程数和最大线程数

当我们往pool中添加任务，也就是执行execute(Runnable)方法时

如果此时pool中的线程数少于3，一个新的线程就会被创建，即使当前pool中存在空闲的线程
如果此时pool中的线程数大于3，小于6，那么当前仅当任务队列满的时候，才会有新的线程被创建

线程池的核心线程数以及最大线程数在运行过程中，也可以动态设定，通过执行

 pool.setCorePoolSize(10);
 pool.setMaximumPoolSize(10);

我们这里设定了一个固定大小的线程池，也就是 fixed-size thread pool

新线程的创建

在线程池构造好之后，线程并不会被马上创建好，只有当有任务提交到线程池中，新线程才会被创建然后开始运行，不过我们可以调用prestartCoreThread或prestartAllCoreThreads方法，提前创建出新线程。
线程的创建会由线程工厂来负责，线程工厂可以是由我们指定，也可以使用默认的线程工厂，以默认的线程工厂为例，其创建的所有线程均在同一个线程组中，并且拥有相同的优先级（NORM_PRIORITY），同时均是非守护线程（这也导致线程池不会自己停掉）。

超时时间

当前池中的线程数为5，并且有3个线程的空闲时间超过了keepAliveTime，那么会有2个线程被停止
我们也可以在程序执行中动态的设定超时时间

pool.setKeepAliveTime(30, TimeUnit.MINUTES);

我们也可以用同样的策略停止核心线程数的线程

pool.allowCoreThreadTimeOut(true);

任务入队

任务入队的方式和当前线程池的大小有关系，下面具体情况说明

假如当前有2个线程在运行，通常线程池会新建一个线程，而不是让提交的任务入队
假如当前有3个线程在运行，通常线程池会让提交的任务入队，而不是新建一个线程
如果当前队列已满，并且当前线程池没有超过最大线程数，此时会创建一个新的线程；如果当前线程数达到了最大线程数，此时会触发拒绝策略。

勾子方法

重写以下的方法，在执行任务前和执行任务后，做一些定制的操作。

beforeExecute(Thread, Runnable)
afterExecute(Runnable, Throwable)

我们在这里定制一个可以暂停和重新恢复的线程池

public class PausableThreadPoolExecutor extends ThreadPoolExecutor {

    private boolean isPaused;
    private ReentrantLock pauseLock = new ReentrantLock();
    private Condition unpaused = pauseLock.newCondition();

    public PausableThreadPoolExecutor(···) {
        super(···);
    }
    
    @Override
    protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) {
        super.beforeExecute(t, r);
        pauseLock.lock();
        try {
            while (isPaused)
                unpaused.await();
        }catch (InterruptedException ie){
            t.interrupt();
        }finally {
            pauseLock.unlock();
        }
    }
    
    public void pause(){
        pauseLock.unlock();
        try {
            isPaused = true;
        }finally {
            pauseLock.unlock();
        }
    }
    
    public void resume(){
        pauseLock.lock();
        try {
            isPaused = false;
            unpaused.signalAll();
        }finally {
            pauseLock.unlock();
        }
    }
}

线程池的状态

private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS;
此状态下，可以接受新的任务并且执行在队列里的任务

private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS;
此状态下，可以不接受新的任务，但是可以执行在队列里的任务

private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS;
此状态下，不接受新的任务，也不处理在队列里的任务，并且会中断在执行过程中的任务

private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS;
此状态下，所有的任务都已经终结，工作线程数为0，并且会调用terminated()勾子方法

private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS;
此状态下，terminated()方法已经完成

内部类Worker的实现

类Worker主要是为了维护运行任务的线程的中断控制状态，以及一些其他的次要的记录。

final Thread thread; 记录这个worker运行的线程
Runnable firstTask; 初始化运行的任务
volatile long completedTasks; 完成的任务数

Worker的构造方法需要传递一个Runnable firstTask来初始化

当worker执行run方法时，会将程序的逻辑委托给外部的runWorker方法，那么runWorker的运行流程是什么样的呢？

主逻辑是一个循环，从队列中获取task，如果task != null就执行循环里的逻辑

这里介绍下从队列中获取task的方法——getTask()
这个方法是从任务队列中获取任务，在等待任务的过程中，可能会超时，可能会不停地阻塞，这个取决去线程池的配置。当然也可能由于worker必须得退出，导致获取的任务为空，在以下几种情况时，woker必须得退出。（1）池里面有超过最大线程数的worker存在，在程序运行过程中，调用setMaximumPoolSize方法时，就极有可能出现此种情况；（2）当前池处于stopped状态；（3）当前池处于shut down状态，并且任务队列为空；（4）当前worker获取任务超时，这是由于我们设置了allowCoreThreadTimeOut或者当前worker数大于核心线程数。

获取到非null的task后，会依次执行beforeExecute(wt, task);、task.run();、afterExecute(task, thrown);

execute(Runnable command)方法

分为三部曲

如果少于核心线程数的线程在运行，那么就新建一个worker，并把command当作第一个task
如果线程池在运行，并且任务队列能接收command，那我们就将command添加进任务队列，接着进行判断，是否需要新添加worker或者拒绝当前的command
直接添加worker，同样将command当作第一个task，如果失败，就拒绝当前的command

拒绝策略

CallerRunsPolicy

task的执行由调用者执行，也就是由执行execute(Runnable command)的线程执行，前提是线程池没有shut down，否则，该任务会被丢弃。

AbortPolicy

直接抛出异常

DiscardPolicy

直接丢弃任务，不做出任何的提示

DiscardOldestPolicy

丢弃任务队列中的第一个任务（也就是加入队列时间最久的任务），然后重新执行execute(command)方法