JAVA线程池(ThreadPoolExecutor)源码分析

JAVA5提供了多种类型的线程池,如果你对这些线程池的特点以及类型不太熟悉或者非常熟悉，请帮忙看看这篇文章(顺便帮忙解决里面存在的问题,谢谢！)： 
    http://xtu-xiaoxin.iteye.com/admin/blogs/647580 
    
    如果对ThreadPoolExecutor还不是很熟悉，可以看看一篇对ThreadPoolExecutor的介绍的博文： 
http://blog.csdn.net/waterbig/archive/2009/11/10/4794244.aspx 

    首先,JAVA中使用ThreadPoolExecutor的常用方式： 
    实例代码1 

Java代码  

1. Runnable runnable = new CountService(intArr);  
2.        ThreadPoolExecutor execute = (ThreadPoolExecutor)Executors.newFixedThreadPool(10);  
3.        //或者使用：ThreadPoolExecutor execute = (ThreadPoolExecutor)Executors.newCachedThreadPool();  
4.        execute.submit(runnable);  

    在分析ThreadPoolExecutor源码前，先了解下面两个概念： 
     1.核心线程(任务)：我们定义的线程，即实现了Runnable接口的类，是我们将要放到线程池中执行的类，如实例代码中的CountService类 
     2.工作线程：由线程池中创建的线程，是用来获得核心线程并执行核心线程的线程（比较拗口哦,具体看代码就知道是什么东东了）。 

    Executors是一个线程池工厂，各种类型的线程池都是通过它来创建的，注意把它和Executor分开，感觉这个线程池工厂命名有点问题。 
    我们主要分析下我们提交任务的处理逻辑，即’execute.submit(runnable)’的实现。 
Submit()方法是在ThreadPoolExecutor继承的抽象类AbstractExecutorService中实现的，具体代码如下： 
  

Java代码  

1. public Future<?> submit(Runnable task) {  
2.         if (task == null) throw new NullPointerException();  
3.        //对核心线程的一个包装，RunnableFuture还是一个Runnable  
4.         RunnableFuture<Object> ftask = newTaskFor(task, null);  
5.        //核心线程执行逻辑  
6.         execute(ftask);  
7.         return ftask;  
8.     }  

    从代码中可以看出，线程的执行逻辑通过execute()完成，而execute是在AbstractExecutorService的子类ThreadPoolExecutor中实现的。看，一个典型的模板模式！废话少说，下面看ThreadPoolExecutor中execute()方法中代码： 
   
   

Java代码  

1. public void execute(Runnable command) {  
2.         if (command == null)  
3.             throw new NullPointerException();  
4.         /* 
5.          * command线程运行的整个逻辑在 addIfUnderCorePoolSize(command)方法中实现 
6.          * 一般适用于FixedThreadPool 
7.          */  
8.         if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {  
9.             /* 
10.              * poolSize >= corePoolSize条件成立情景：当创建的为CacheThreadPool时,条件 
11.              * 就能成立 
12.              */  
13.             if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {  
14.                 if (runState != RUNNING || poolSize == 0)  
15.                     //两种情况下执行该方法:1.线程池shutdown  2.CacheThreadPool中第一个核心线程的执行  
16.                     ensureQueuedTaskHandled(command);  
17.             }  
18.             //CacheThreadPool中线程的执行逻辑  
19.             else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))  
20.                 reject(command); // is shutdown or saturated  
21.         }  
22.     }  

    注意：CachedThreadPool和FixedThreadPool的逻辑实现都是在ThreadPoolExecutor中实现的。它两的主要区别就是属性corePoolSize以及workQueue的初始值的不同。具体可自己查看工程类Executors的newFixedThreadPool()和newCachedThreadPool方法。由于这些初始值的不同，所以实现的逻辑也不同，具体的我在代码中已经注释了。 
    command线程运行的整个逻辑在 addIfUnderCorePoolSize(command)方法中实现的， 
详细请看addIfUnderCorePoolSize(command)源码： 

 

Java代码  

1. private boolean addIfUnderCorePoolSize(Runnable firstTask) {  
2.        Thread t = null;  
3.        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;  
4.        mainLock.lock();  
5.        try {  
6.         //poolSize < corePoolSize 即当前工作线程的数量一定要小于你设置的线程最大数量  
7.         //CachedThreadPool永远也不会进入该方法，因为它的corePoolSize初始为0  
8.            if (poolSize < corePoolSize && runState == RUNNING)  
9.                t = addThread(firstTask);  
10.        } finally {  
11.            mainLock.unlock();  
12.        }  
13.        if (t == null)  
14.            return false;  
15.        t.start();   //线程执行了  
16.        return true;  
17.    }  

    看’t.start()’，这表示工作线程启动了，工作线程t启动的前提条件是’t = addThread(firstTask); ‘返回值t必须不为null。好了，现在想看看java线程池中工作线程是怎么样的吗？请看addThread方法： 
   

Java代码  

1. private Thread addThread(Runnable firstTask) {  
2.     //Worker就是典型的工作线程,所以的核心线程都在工作线程中执行  
3.        Worker w = new Worker(firstTask);  
4.        //采用默认的线程工厂生产出一线程。注意就是设置一些线程的默认属性，如优先级、是否为后台线程等  
5.        Thread t = threadFactory.newThread(w);   
6.        if (t != null) {  
7.            w.thread = t;  
8.            workers.add(w);  
9.          //没生成一个工作线程 poolSize加1，但poolSize等于最大线程数corePoolSize时，则不能再生成工作线程  
10.            int nt = ++poolSize;    
11.            if (nt > largestPoolSize)  
12.                largestPoolSize = nt;  
13.        }  
14.        return t;  
15.    }  

   看见没，Worker就是工作线程类，它是ThreadPoolExecutor中的一个内部类。下面，我们主要分析Worker类，如了解了Worker类，那基本就了解了java线程池的整个原理了。不用怕，Worker类的逻辑很简单，它其实就是一个线程，实现了Runnable接口的，所以，我们先从run方法入手，run方法源码如下： 

 

Java代码  

1. public void run() {  
2.             try {  
3.                 Runnable task = firstTask;  
4.                 firstTask = null;  
5.                 /** 
6.                  * 注意这段while循环的执行逻辑,没执行完一个核心线程后,就会去线程池 
7.                  * 队列中取下一个核心线程,如取出的核心线程为null,则当前工作线程终止 
8.                  */  
9.                 while (task != null || (task = getTask()) != null) {  
10.                     runTask(task);  //你所提交的核心线程(任务)的运行逻辑  
11.                     task = null;  
12.                 }  
13.             } finally {  
14.                 workerDone(this); // 当前工作线程退出  
15.             }  
16.         }  
17.     }  

    从源码中可看出，我们所提交的核心线程(任务)的逻辑是在Worker中的runTask()方法中实现的。这个方法很简单，自己可以打开看看。这里要注意一点，在runTask()方法中执行核心线程时是调用核心线程的run()方法，这是一个寻常方法的调用，千万别与线程的启动(start())混合了。这里还有一个比较重要的方法，那就是上述代码中while循环中的getTask()方法，它是一个从池队列中取的核心线程（任务）的方法。具体代码如下： 

   

Java代码  

1. Runnable getTask() {  
2.         for (;;) {  
3.             try {  
4.                 int state = runState;  
5.                 if (state > SHUTDOWN)    
6.                     return null;  
7.                 Runnable r;  
8.                 if (state == SHUTDOWN)  //帮助清空队列  
9.                     r = workQueue.poll();  
10.                /* 
11.                 * 对于条件1，如果可以超时，则在等待keepAliveTime时间后，则返回一null对象,这时就 
12.                 *  销毁该工作线程，这就是CachedThreadPool为什么能回收空闲线程的原因了。 
13.                 * 注意以下几点:1.这种功能情况一般不可能在fixedThreadPool中出现 
14.                 *            2.在使用CachedThreadPool时，条件1一般总是成立,因为CachedThreadPool的corePoolSize 
15.                 *              初始为0 
16.                 */  
17.                 else if (poolSize > corePoolSize || allowCoreThreadTimeOut)  //------------------条件1  
18.                     r = workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS);    
19.                 else  
20.                     r = workQueue.take();       //如果队列不存在任何元素 则一直等待。 FiexedThreadPool典型模式----------条件2  
21.                 if (r != null)  
22.                     return r;  
23.                 if (workerCanExit()) {       //--------------------------条件3  
24.                     if (runState >= SHUTDOWN) // Wake up others  
25.                         interruptIdleWorkers();  
26.                     return null;  
27.                 }  
28.                 // Else retry  
29.             } catch (InterruptedException ie) {  
30.                 // On interruption, re-check runState  
31.             }  
32.         }  
33.     }  

    从这个方法中，我们需要了解一下几点： 
    1.CachedThreadPool获得任务逻辑是条件1，条件1的处理逻辑请看注释，CachedThreadPool执行条件1的原因是：CachedThreadPool的corePoolSize时刻为0。 

    2.FixedThreadPool执行的逻辑为条件2,从’workQueue.take()’中我们就明白了为什么FixedThreadPool不会释放工作线程的原因了(除非你关闭线程池)。 

    最后，我们了解下Worker(工作线程)终止时的处理吧，这个对理解CachedThreadPool有帮助，具体代码如下： 
   

Java代码  

1. /** 
2.     * 工作线程退出要处理的逻辑 
3.     * @param w 
4.     */  
5.    void workerDone(Worker w) {  
6.        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;  
7.        mainLock.lock();  
8.        try {  
9.            completedTaskCount += w.completedTasks;   
10.            workers.remove(w);  //从工作线程缓存中删除  
11.            if (--poolSize == 0) //poolSize减一,这时其实又可以创建工作线程了  
12.                tryTerminate(); //尝试终止  
13.        } finally {  
14.            mainLock.unlock();  
15.        }  
16.    }  

    注意workDone()方法中的tyrTerminate()方法，它是你以后理解线程池中shuDown()以及CachedThreadPool原理的关键，具体代码如下：   

   

Java代码  

1. private void tryTerminate() {  
2.     //终止的前提条件就是线程池里已经没有工作线程(Worker)了  
3.        if (poolSize == 0) {  
4.            int state = runState;  
5.            /** 
6.             * 如果当前已经没有了工作线程(Worker),但是线程队列里还有等待的线程任务,则创建一个 
7.             * 工作线程来执行线程队列中等待的任务 
8.             */  
9.            if (state < STOP && !workQueue.isEmpty()) {      
10.                state = RUNNING; // disable termination check below  
11.                Thread t = addThread(null);  
12.                if (t != null)  
13.                    t.start();  
14.            }  
15.            //设置池状态为终止状态  
16.            if (state == STOP || state == SHUTDOWN) {  
17.                runState = TERMINATED;  
18.                termination.signalAll();   
19.                terminated();   
20.            }  
21.        }  
22.    }  

    第一次写这么长的博文，还是躲着项目经理写的，真不容易，希望能对想了解java线程池原理的朋友们有一点帮助。 

http://xtu-xiaoxin.iteye.com/blog/647744

http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3932921.html

http://www.tuicool.com/articles/7ZzENj