在上篇文章 [Java 并发]详解 ThreadPoolExecutor
中说过了,创建线程池的好处之一就是它可以做到线程复用
那么,它是如何做到线程复用的呢?
这事儿,还得从源码说起
先解决一个基础问题:啥是线程复用?
如果是一个线程的话,那么在它创建的时候,我们会给它指定一个线程任务对不对?那如果执行完任务之后,这个线程是不是就会自动销毁?
但是在线程池中可不是呦~线程池中的线程,在执行完任务之后不会销毁,会继续执行另外的任务
这就是我们说的,线程复用
OK ,线程复用明白了,新的问题就来了:在 ThreadPoolExecutor 中,它是如何做到线程复用的呢?
这就得去看源码是怎么写的了
做到线程复用,肯定要先 execute 起来吧(这块在刚开始的文章中已经有过解释了,就直接放源码了):
public void execute(Runnable command) { if (command == null) throw new NullPointerException(); int c = ctl.get(); // 当前线程数小于 corePoolSize 时,调用 addWorker 创建核心线程来执行任务 if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { if (addWorker(command, true)) return; c = ctl.get(); } // 当前线程数不小于 corePoolSize ,就将任务添加到 workQueue 中 if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { // 获取到当前线程的状态,赋值给 recheck ,是为了重新检查状态 int recheck = ctl.get(); // 如果 isRunning 返回 false ,那就 remove 掉这个任务,然后执行拒绝策略,也就是回滚重新排队 if (! isRunning(recheck) && remove(command)) reject(command); // 线程池处于 running 状态,但是没有线程,那就创建线程执行任务 else if (workerCountOf(recheck) == 0) addWorker(null, false); } // 如果放入 workQueue 失败,尝试通过创建非核心线程来执行任务 // 如果还是失败,说明线程池已经关闭或者已经饱和,会拒绝执行该任务 else if (!addWorker(command, false)) reject(command); }
从上面能够看出来,主要是 addWorker 方法
addWorker 主要是用来创建核心线程的,它主要的实现逻辑是:
接下来瞅瞅源码:
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) { retry: for (;;) { int c = ctl.get(); int rs = runStateOf(c); // Check if queue empty only if necessary. // 线程池状态 >= SHUTDOWN 时,不再接受新的任务,直接返回 false // 如果 rs == SHUTDOWN && firstTask == null && ! workQueue.isEmpty() 同样不接受新的任务,返回 false if (rs >= SHUTDOWN && ! (rs == SHUTDOWN && firstTask == null && ! workQueue.isEmpty())) return false; for (;;) { int wc = workerCountOf(c); // wc >= CAPACITY 说明线程数不够,所以就返回 false // wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize) 是在做判断 // 如果 core 为 true ,说明要创建的线程是核心线程,接下来判断 wc 是否大于 核心线程数 ,如果大于返回 false // 如果 core 为 false ,说明要创建的线程是非核心线程,接下来判断 wc 是否大于 最大线程数 ,如果大于返回 false if (wc >= CAPACITY || wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)) return false; // CAS 操作增加 workerCount 的值,如果成功跳出循环 if (compareAndIncrementWorkerCount(c)) break retry; c = ctl.get(); // Re-read ctl // 判断线程池状态有没有变化,如果有变化,则重试 if (runStateOf(c) != rs) continue retry; // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop } } // workerCount 增加成功之后开始走下面的代码 boolean workerStarted = false; boolean workerAdded = false; Worker w = null; try { // 创建一个 worker 对象 w = new Worker(firstTask); // 实例化一个 Thread 对象 final Thread t = w.thread; if (t != null) { // 接下来的操作需要加锁进行 final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; mainLock.lock(); try { // Recheck while holding lock. // Back out on ThreadFactory failure or if // shut down before lock acquired. int rs = runStateOf(ctl.get()); if (rs < SHUTDOWN || (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) { if (t.isAlive()) // precheck that t is startable throw new IllegalThreadStateException(); // 将任务线程添加到线程池中 workers.add(w); int s = workers.size(); if (s > largestPoolSize) largestPoolSize = s; workerAdded = true; } } finally { mainLock.unlock(); } if (workerAdded) { // 启动任务线程,开始执行任务 t.start(); workerStarted = true; } } } finally { if (! workerStarted) // 如果任务线程启动失败调用 addWorkerFailed // addWorkerFailed 方法里面主要做了两件事:将该线程从线程池中移除;将 workerCount 的值减 1 addWorkerFailed(w); } return workerStarted; }
在 addWorker 中,主要是由 Worker 类去做一些相应处理, worker 继承 AQS ,实现 Runnable 接口
线程池维护的是 HashSet<Worker>
,一个由 worker
对象组成的 HashSet
private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();
worker 继承 AQS 主要是利用 AQS 独占锁机制,来标识线程是否空闲;另外, worker 还实现了 Runnable 接口,所以它本身就是一个线程任务,在构造方法中创建了一个线程,线程的任务就是自己 this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
咱们瞅瞅里面的源码:
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; // 处理任务的线程 final Thread thread; // worker 传入的任务 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) { // 将 state 设为 -1 ,避免 worker 在执行前被中断 setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker this.firstTask = firstTask; // 创建一个线程,来执行任务 this.thread = getThreadFactory().newThread(this); } /** Delegates main run loop to outer runWorker */ public void run() { runWorker(this); } // Lock methods // // The value 0 represents the unlocked state. // The value 1 represents the locked state. protected boolean isHeldExclusively() { return getState() != 0; } protected boolean tryAcquire(int unused) { if (compareAndSetState(0, 1)) { setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); return true; } return false; } protected boolean tryRelease(int unused) { setExclusiveOwnerThread(null); setState(0); return true; } public void lock() { acquire(1); } public boolean tryLock() { return tryAcquire(1); } public void unlock() { release(1); } public boolean isLocked() { return isHeldExclusively(); } void interruptIfStarted() { Thread t; if (getState() >= 0 && (t = thread) != null && !t.isInterrupted()) { try { t.interrupt(); } catch (SecurityException ignore) { } } } }
worker 类在执行 run 方法时,实际上调用的是 runWorker 方法
final void runWorker(Worker w) { Thread wt = Thread.currentThread(); Runnable task = w.firstTask; w.firstTask = null; // 允许中断 w.unlock(); // allow interrupts boolean completedAbruptly = true; try { // 判断 task 是否为空,如果不为空直接执行 // 如果 task 为空,调用 getTask() 方法,从 workQueue 中取出新的 task 执行 while (task != null || (task = getTask()) != null) { // 加锁,防止被其他线程中断 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 // 检查线程池的状态,如果线程池处于 stop 状态,则需要中断当前线程 if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) || (Thread.interrupted() && runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) && !wt.isInterrupted()) wt.interrupt(); try { // 执行 beforeExecute beforeExecute(wt, task); Throwable thrown = null; try { // 执行任务 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 { // 执行 afterExecute 方法 afterExecute(task, thrown); } } finally { // 将 task 设置为 null ,循环操作 task = null; w.completedTasks++; // 释放锁 w.unlock(); } } completedAbruptly = false; } finally { processWorkerExit(w, completedAbruptly); } }
在 runWorker 方法中,首先会去执行创建这个 worker 时就有的任务,当执行完这个任务之后, worker 并不会被销毁,而是在 while 循环中, worker 会不断的调用 getTask 方法从阻塞队列中获取任务然后调用 task.run()
来执行任务,这样就达到了 复用线程
的目的.通过循环条件 while (task != null || (task = getTask()) != null)
可以看出,只要 getTask 方法返回值不为 null ,就会一直循环下去,这个线程也就会一直在执行,从而达到了线程复用的目的
咱们来看看 getTask 方法的实现:
private Runnable getTask() { boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out? for (;;) { int c = ctl.get(); int rs = runStateOf(c); // Check if queue empty only if necessary. if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) { decrementWorkerCount(); return null; } int wc = workerCountOf(c); // Are workers subject to culling? // allowCoreThreadTimeOut 变量默认为 false ,也就是核心线程就算是空闲也不会被销毁 // 如果为 true ,核心线程在 keepAliveTime 内是空闲的,就会被销毁 boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize; // 如果运行线程数大于最大线程数,但是缓存队列已经空了,此时递减 worker 数量 // 如果有设置允许线程超时或者线程数量超过了核心线程数量,并且线程在规定时间内没有 poll 到任务并且队列为空,此时也递减 worker 数量 if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut)) && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) { if (compareAndDecrementWorkerCount(c)) return null; continue; } try { // 如果 timed 为 true ,会调用 workQueue 的 poll 方法 // 超时时间为 keepAliveTime ,如果超过 keepAliveTime 时长的话, poll 就会返回 null // 如果返回为 null ,在 runWorker 中 // while (task != null || (task = getTask()) != null) 循环条件被打破,从而跳出循环,此时线程执行完毕 // 如果 timed 为 false ( allowCoreThreadTimeOut 为 false ,并且 wc > corePoolSize 为 false ) // 会调用 workQueue 的 take 方法阻塞到当前 // 当队列中有任务加入时,线程被唤醒, take 方法返回任务,开始执行 Runnable r = timed ? workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) : workQueue.take(); if (r != null) return r; timedOut = true; } catch (InterruptedException retry) { timedOut = false; } } }
源码分析到这里就差不多清楚了
线程复用主要体现在 runWorker 方法中的 while 循环中,在 while 循环里面, worker 会不断的调用 getTask 方法,而在 getTask 方法里,如果任务队列中没有了任务,此时如果线程是核心线程则会一直卡在 workQueue.take 方法,这个时候会被阻塞并挂起,不会占用 CPU 资源,直到拿到任务然后返回 true , 此时 runWorker 中得到这个任务来继续执行任务,从而实现了线程复用
以上,非常感谢您的阅读哇~