线程池的使用及ThreadPoolExecutor的分析(一)

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一、线程池的介绍

       在开发中，频繁的创建和销毁一个线程，是很耗资源的，为此找出了一个可以循环利用已经存在的线程来达到自己的目的，线程池顾名思义，也就是线程池的集合，通过线程池执行的线程任务，可以很有效的去规划线程的使用。
在java中大致有这几种线程池
      newScheduledThreadPool  创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。，可以作一个定时器使用。
      newCachedThreadPool       创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过需要的线程数量，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
      newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池， 它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行，可以控制线程的执行顺序
      newFixedThreadPool          创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待，当创建的线程池数量为1的时候。也类似于单线程化的线程池，当为1的时候，也可控制线程的执行顺序

二、线程池的使用

1、newScheduledThreadPool 

   /**
     * 测试newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
     * 一般可做定时器使用
     */
    public static void test_1(){
        //参数是线程的数量
        ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(2);
        /**
         * 第二个参数，是首次执行该线程的延迟时间，之后失效
         * 第三个参数是，首次执行完之后，再过该段时间再次执行该线程，具有周期性
         */
        scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(new Date().getSeconds());
                
            }
        }, 10, 3, TimeUnit.SECONDS);
        
    }

2、newCachedThreadPool       

    /**
     * newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，
     * 如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
     */
    public static void test_2(){
        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {  
               final int index = i;  
               try {  
                Thread.sleep(index * 1000);  
               } catch (InterruptedException e) {  
                e.printStackTrace();  
               }  
            cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
                
                @Override
                public void run() {
                    // TODO Auto-generated method stub
                    System.out.println(index+":"+new Date().getSeconds());
                }
            });
        }
    }

 3、newSingleThreadExecutor 

    /**
     * newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，
     * 它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行
     */
    public static void test_4(){
        ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for(int i = 1; i < 11; i++){
            final int index = i;
            singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    // TODO Auto-generated method stub
                    //会按顺序打印
                    System.out.println(index);
                }
            });
        }
    }

4、newFixedThreadPool          

    /**
     * newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待
     */
    public static void test_3(){
        //当参数为1的时候，可以控制线程的执行顺序，类似join的作用
        ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
        for(int i = 0; i < 2; i++){
            final int index = i;
            fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
                
                @Override
                public void run() {
                    // TODO Auto-generated method stub
                    try {
                        System.out.println(index);
                    } catch (Exception e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }

三、线程池源码分析

以上四种线程都是由一个线程工具类Executors来创造的

如上图，其中newFixedThreadPool 和newCachedThreadPool 都是由threadPoolExecutor来创建的，只是参数不一致而已，
关于threadPoolExector的构造器的参数

corePoolSize 代表该线程中允许的核心线程数，要和工作的线程数量区分开来，两者不
                      等价(工作的线程数量一定不大于corePoolSize，即当超过后，会将线程
                      放入队列中)，可以理解为一个ArrayList集合中，默认空间是10,但存放的
                     元素的数量 不一定是10， 在这里这个10就寓指corePoolSize ，存放元
                     素的个数是工作线程数量
maximumPoolSize 这个参数的意思就是该线程池所允许的最大线程数量
keepAliveTime 这个参数的意思就是空余线程的存活时间，注意这个值并不会对所有线程起作用，如果线程池中的线程数少于等于核心线程数 corePoolSize，那么这些线程不会因                           为空闲太长时间而被关闭，当然，也可以通过调用allowCoreThreadTimeOut方法使核心线程数内的线程也可以被回收。

unit 时间单位
workQueue 阻塞队列，在此作用就是用来存放线程。
threadFactory 线程工厂
defaultHandler 拒绝策略，即当加入线程失败，采用该handler来处理

3.1、线程池的拒绝策略

AbortPolicy
        为java线程池默认的阻塞策略，不执行此任务，而且直接抛出一个运行时异常
DiscardPolicy
        直接抛弃，任务不执行，空方法
DiscardOldestPolicy
        从队列里面抛弃head的一个任务，并再次execute 此task。
CallerRunsPolicy
        在调用execute的线程里面执行此command，会阻塞入口

在分析该类的execute方法前，先看这几个常量的值和一些方法的作用

   /*
    *  ctl的默认值为-536870912，
    *  作用是将该值传入workerCountOf(int c)的参数c中，
    *  则可以返回正在工作的线程数量
    *  每当有一个线程加入工作，该值会加1
    */
    private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
    private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;   //32-3=29
    private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;//536870911

    // runState is stored in the high-order bits，其中running<shutdown<stop<tidying<terminated
    private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;// -536870912
    private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;//0
    private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;//536870912
    private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;//1073741824
    private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;//1610612736

    // Packing and unpacking ctl
    private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }//当c<0时该方法返回的值为-536870912，否则为0
    private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }//获取工作线程数
    private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }//-536870912

3.2、execute

当线程为null时，直接抛出异常

第一步、看图，下图所指的将corePoolSize扩充至maxmumPoolSize是一个类比，
因为在addWorker代码中有这么一句wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))成立则返回false，表明core为false时会以maximumPoolSize来当做corePoolSize比较

        int c = ctl.get();
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            int recheck = ctl.get();
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                addWorker(null, false);
        }
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);

3.3、addWorker

        private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
        //外部循环
        retry:
        for (;;) {
            int c = ctl.get();//获取当前工作线程数量，数量为{c-(-536870912)}
            
            int rs = runStateOf(c);//若c>=0时，该值才为0，否则该值一直为-536870912

            
            /*
             *由上面的一些线程池状态常量值可知，running<shutdown<stop<tidying<terminated
             *若rs>=shutdown,则表明线程池处于stop、tidying、terminated三种状态的一种
             *若rs>=shutdown成立，则进行后面判断，
             *1、线程池处于shutdown状态
             *  1.1、firstTask不为null，则返回false，也即是线程池已经处于shutdown状态，还要添加新的线程，被直接驳回(拒绝)
             *  1.2、firstTask为null
             *     1.2.1、此时意味着线程池状态为shutdown状态，且first为null，若阻塞队列为空，则返回false
             *2、线程处于大于shutdown的状态，则直接返回false
            */
            if (rs >= SHUTDOWN &&
                ! (rs == SHUTDOWN &&
                   firstTask == null &&
                   ! workQueue.isEmpty()))
                return false;
            /*
             *进入内循环以下两种情况会跳出该内循环,否则一直会循环
             *1、当工作线程数量超过一定阈值，会直接返回false
             *2、添加工作线程成功，即ctl的值进行了加一
            */
            for (;;) {
                int wc = workerCountOf(c);//获取工作线程的数量
                //当线程数量>=536870911或者>=corePoolSize或maximumPoolSize的时候，则返回false
                if (wc >= CAPACITY ||
                    wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                    return false;
                if (compareAndIncrementWorkerCount(c))//使用unsafe的cas操作对ctl.get()的值进行加一
                    break retry;//跳出这个外循环
                c = ctl.get();  // Re-read ctl
                if (runStateOf(c) != rs)//当此时的线程池状态和之前的状态不等时
                    continue retry;//继续内循环   
            }
        }
        //若进行到了此步操作，则表明工作线程数量加了1
        boolean workerStarted = false;
        boolean workerAdded = false;
        Worker w = null;
        try {
            w = new Worker(firstTask);
            final Thread t = w.thread;//该w.thread为worker内部新创建的thread
            if (t != null) {
                final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
                mainLock.lock();//开启锁
                try {
                    //获取锁后，再次获取线程池的状态
                    int rs = runStateOf(ctl.get());
                    /*
                     *1、当线程池的状态处于shutdown以上状态，则直接释放锁，不启动线程，且执行addWorkerFailed方法
                         执行该方法的作用是使工作线程数量-1
                    */
                    if (rs < SHUTDOWN ||
                        (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                        if (t.isAlive()) // 创建的线程处于活跃状态，即被启动了，抛出异常
                            throw new IllegalThreadStateException();
                        workers.add(w);//workers是一个set集合
                        int s = workers.size();
                        if (s > largestPoolSize)//largestPoolSize默认为0，作用是记录set集合中的线程数量
                            largestPoolSize = s;
                        workerAdded = true;//改变该值，为了启动线程，且返回一个addWorker执行成功的状态
                    }
                } finally {
                    mainLock.unlock();//释放锁
                }
                if (workerAdded) {
                    t.start();
                    workerStarted = true;
                }
            }
        } finally {
            if (! workerStarted)
                addWorkerFailed(w);
        }
        return workerStarted;
    }

总结:2017-11-12