ThreadPoolExecutor源代码解析_threadpoolexecutor 源码

作者：码创造者 | 2024-08-07 21:24:29

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threadpoolexecutor 源码

一、线性池

一、线性池

线程池：一种线程使用模式。线程过多会带来调度开销，进而影响缓存局部性和整体性能。而线程池维护着多个线程，等待着监督管理者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代价。线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。

线程池的工作原理大致分为4步，如下图所示：

当有任务要执行的时候，会计算线程池中存在的线程数量与核心线程数量（corePoolSize）进行比较，如果小于，则在线程池中创建线程，否则，进行下一步判断。
如果不满足上面的条件，则会将任务添加到阻塞队列，等待线程池中的线程空闲下来后，获取队列中的任务进行执行。
如果队列中也塞满了任务，那么会计算线程池中存在的线程数量与最大线程数量（maxnumPoolSize）进行比较，如果小于，则在线程池中创建线程。
如果上面都不满足，则会执行对应的拒绝策略。

二、字段信息


    //标记线程池状态，同时记录线程个数，默认running，然后线程个数0，
    // 高三位用来记录线程池状态，低29位存放线程个数
    //直接使用位运算来进行计算，32位的情况下能保证操作的原子性
    private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
    //个数掩码
    private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;//32 - 3 =29位
    /**
     * 计算CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1
     * 第一步：(1 << COUNT_BITS) = 1 << 29
     *     00100000000000000000000000000000 (1后面有29个0)
     * 第二步：00100000000000000000000000000000 - 1
     *     00011111111111111111111111111111 (29个1)
     * 结果：
     *     int CAPACITY   = 00011111111111111111111111111111 = 536870911 (十进制)
     */
    //线程最大个数，低29位都是1
    private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;
    // runState存储在高阶位中
    //接受新任务，并且处理任务队列中的数据 对应   1110 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
    private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
    //拒绝新任务但是能能处理任务队列中的数据 对应 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
    private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
    //拒绝任务，抛弃阻塞队列任务，中断正在处理的任务 0010 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
    private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
    //将要调用terminated方法，线程池和任务队列都为空 0100 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
    private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
    //terminated方法完后进入该状态 0110 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
    private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;
    //重要参数，工作队列，用于保存等待执行的阻塞队列，
    private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;
    //主锁
    private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();
    /**
     * 包含池中所有工作线程的集合。仅当持有mainLock时访问。
     */
    //线程池里面的线程
    private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();
    /**
     * 等待条件以支持awaitterminate
     */
    private final Condition termination = mainLock.newCondition();
    /**
     * 跟踪所获得的最大池大小。只能在主锁下访问。
     */
    private int largestPoolSize;
    /**
     * 已完成任务的计数器。仅在工作线程终止时更新。只能在主锁下访问。
     */
    private long completedTaskCount;
    //创建线程的工厂
    private volatile ThreadFactory threadFactory;
    //拒绝策略
    private volatile RejectedExecutionHandler handler;
    //最大生存时间
    private volatile long keepAliveTime;
    /**
     * 如果为false(默认值)，核心线程即使在空闲时也会保持活动状态。
     * 如果为true，核心线程使用keepAliveTime超时等待工作。
     */
    private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut;
    //核心线程数量
    private volatile int corePoolSize;
    //最大线程数量
    private volatile int maximumPoolSize;
    //默认拒绝策略，可以看到默认的是丢弃任务并且抛弃异常
    private static final RejectedExecutionHandler defaultHandler =
            new AbortPolicy();

三、构造函数


public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
                Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
    }

corePoolSize:核心线程池的大小

maximumPoolSize:最大线程池的大小

keepAliveTime:最大线程空闲时间

unit:时间单位

workQueue:阻塞队列，当核心线程数无空闲时，将新任务放入阻塞队列

Handle:拒绝策略，当最大线程数无空闲时，执行拒绝策略

四、Execute()方法


public void execute(Runnable command) {
        //不能提交任务
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        //获取到我们的线程ctl，包含线程状态以及线程的数量
        int c = ctl.get();
        //判断线程池个数是否小于corePoolSize，小于就会新建一个核心线程
        //workerCountOf：运行的线程个数
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            //添加一个Worker
            if (addWorker(command, true))
                //直接返回了
                return;
            //添加失败了，更新我们的ctl
            c = ctl.get();
        }
        //如果线程池处于running并且往工作队列里面添加成功
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            //重新检查
            /**
             * 为啥要进行双重检查？
             * 因为在多线程下，ctl方法不是线程安全的，可能会出现获取了以后就改变了
             * 所以需要判断加完以后的状态，是不是在加的过程中发生了改变
             */
            int recheck = ctl.get();
            //如果不是running状态并且删除成功，开始使用拒绝策略来执行，进行回滚
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
                //说明是running状态，同时线程池个数是空的
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                //如果阻塞队列里面有任务，但是线程池没有线程去执行
                // 这就是建立个新线程去执行队列里面的任务
                addWorker(null, false);
        }
        //如果队列是满的，尝试添加一个新的线程进去
        else if (!addWorker(command, false))
            //失败的话就会进行拒绝策略
            reject(command);
    }

ctl讲解（是如何算的）：以下的代码和注解就是ctl所包含的方法


//标记线程池状态，同时记录线程个数，默认running，然后线程个数0，
    // 高三位用来记录线程池状态，低29位存放线程个数
    //直接使用位运算来进行计算，32位的情况下能保证操作的原子性
    private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
    //个数掩码
    private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;//32 - 3 =29位
    /**
     * 计算CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1
     * 第一步：(1 << COUNT_BITS) = 1 << 29
     *     00100000000000000000000000000000 (1后面有29个0)
     * 第二步：00100000000000000000000000000000 - 1
     *     00011111111111111111111111111111 (29个1)
     * 结果：
     *     int CAPACITY   = 00011111111111111111111111111111 = 536870911 (十进制)
     */
    //线程最大个数，低29位都是1
    private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;
 
    // runState存储在高阶位中
    //接受新任务，并且处理任务队列中的数据 对应   1110 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
    private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
    //拒绝新任务但是能能处理任务队列中的数据 对应 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
    private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
    //拒绝任务，抛弃阻塞队列任务，中断正在处理的任务 0010 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
    private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
    //将要调用terminated方法，线程池和任务队列都为空 0100 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
    private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
    //terminated方法完后进入该状态 0110 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
    private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;
 
    // 获取运行状态 RUNNING/SHUTDOWN/STOP/TIDYING/TERMINATED
    private static int runStateOf(int c){
        return c & ~CAPACITY; //~CAPACITY = 11100000000000000000000000000000
    }
    //取出低位29位的值，表示获得当前活动的线程数
    private static int workerCountOf(int c){
        return c & CAPACITY; //CAPACITY = 00011111111111111111111111111111
    }
    //计算ctl值  ctl = [3位]线程池状态 + [29位]线程池中线程数量
    private static int ctlOf(int rs, int wc){
        return rs | wc;//按位取或，即：同为0时为0，否则为1.
    }

可以将execute()方法总结为以下流程：

首先检测线程池运行状态，如果不是running，则直接拒绝，线程池要保证在running的状态下执行任务。
如果workerCount<corePoolSize，则创建并启动一个线程来执行新提交的任务。
如果workerCount>=corePoolSize，且线程池内的阻塞队列未满，则将任务添加到该阻塞队列中。
如果workerCount >= corePoolSize && workerCount < maximumP oolSize，且线程池内的阻塞队列已经满了，则创建并启动一个线程来执行新提交的任务。
如果workerCount>=maximumPoolSize，并且线程池内的阻塞队列已满，则根据拒绝策略来处理该任务，默认的处理方式是直接抛异常。

五、addWorker()方法

addWorker()方法主要分为两部分，第一部分：判断+CAS设置线程数+1；第二部分：workerCount成功+1后，创建Worker（也是一个Runnable），加入集合workers中，并启动Worker线程。

首先看第一部分的源码和注释：


retry:
        /** 步骤一：判断+CAS设置线程数+1 */
        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            //获取运行状态runStateOf
            int rs = runStateOf(c);
 
            /**
             * 只有如下两种情况可以新增worker，继续执行下去：
             * case one： rs == RUNNING
             * case two： rs == SHUTDOWN && fristTask == null && ！WorkQueue.isEmpty()
             * */
            if (rs >= SHUTDOWN && //即： 非RUNNING状态。线程池异常，表示不再去接收新的线程任务，返回false
                    /**
                     * 当线程是SHUTDOWN状态时，表示不再接收新的任务了，所以：
                     * case1：如果firstTask ！= null，表示要添加新任务，则新增worker失败，返回false
                     * case2：如果firstTask == null并且workQueue为空，表示队列中的任务已经处理完毕，不需要添加新任务了
                     *         则：新增worker失败返回false
                     */
                    ! (rs == SHUTDOWN &&
                            firstTask == null &&
                            ! workQueue.isEmpty()))
                return false;
 
            for (;;) {
                //获取当前线程池里的线程数
                int wc = workerCountOf(c);
                /**
                 * 满足如下任意情况，则新增worker失败，返回false
                 * case1：大于等于最大线程容量
                 * case2：当core为true时：>=核心线程数
                 *          当core是false时：>=最大线程数
                 * */
                if (wc >= CAPACITY ||
                        wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                    return false;
                //当前工作线程数加1
                if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                    break retry;//成功加1，则跳出retry标识的这两层for循环
                //如果线程数加1失败，则获取当前最新的线程池运行状态
                c = ctl.get();  // Re-read ctl
                //判断线程池运行状态（rs）是否改变；如果不同，则说明方法处理期间线程池运行状态发生了变化
                //重新获取最新runState
                if (runStateOf(c) != rs)
                    continue retry;//跳出内层循环，继续从第一个for循环执行
                // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
            }
        }

第二部分源码和注释：


/**
         * 步骤二：workerCount成功+1后，创建Workers后，并且启动Worker线程
         * */
        boolean workerStarted = false;//用于判断新的worker实列是否已经开始执行Thread.start()
        boolean workerAdded = false;//用于判断新的worker实列是否已经被添加到线程池的workers队列中
        Worker w = null;
        try {
            w = new Worker(firstTask);//创建Worker实列，每个Worker对象都会针对入参firstTask来创建一个线程
            final Thread t = w.thread;//从Worker中获得新建得线程
            if (t != null) {
                final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;//加入锁
                mainLock.lock();//lock()：尝试加锁操作，获得锁后继续执行，没获得则等待直到获得锁为止
                try {
                    int rs = runStateOf(ctl.get());//获得线程池当前得运行状态runStatus
                    /**
                     * 满足如下任意条件,即可向线程池中添加线程:
                     * case1:线程池状态为RUNNING。
                     * case2:线程池状态为SHUTDOWN并且firstTask为null.
                     * */
                    if (rs < SHUTDOWN ||
                            (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                        if (t.isAlive()) // 因为t是新构建得线程，还没有启动。所以，如果是alive状态，说明已经被启动了，则抛出异常
                            throw new IllegalThreadStateException();
                        workers.add(w);//workers中保存线程池中存在得所有work实列集合
                        int s = workers.size();
                        if (s > largestPoolSize)//largestPoolSize用于记录线程池中曾经存在得最大得线程数量
                            largestPoolSize = s;
                        workerAdded = true;
                    }
                } finally {
                    mainLock.unlock();//unlock解锁操作
                }
                if (workerAdded) {
                    t.start();//开启线程，执行Worker.run()
                    workerStarted = true;
                }
            }
        } finally {
            if (! workerStarted)//如果没有开启线程
                addWorkerFailed(w);//往线程池中添加worker失败了
        }
        return workerStarted;
    }

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