线程池(英语:thread pool):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。可用线程数量应该取决于可用的并发处理器、处理器内核、内存、网络sockets等的数量。 例如,线程数一般取cpu数量+2比较合适,线程数过多会导致额外的线程切换开销。----摘自维基百科
我们在Android或者Java开发中,日常所使用的就是ThreadPoolExecutor了,我们先来看下如何使用一个线程池来代替多线程开发。
使用线程池
- // 创建一个核心线程数为5,最大线程数为10,空闲线程存活时间为60s的线程池对象
- val threadPoolExecutor = ThreadPoolExecutor(
- 5, 10, 60,
- TimeUnit.MINUTES,
- ArrayBlockingQueue<Runnable>(100),
- RejectedExecutionHandler { _, _ -> println("reject submit thread to thread pool") }
- )
-
- // 测试
- for (i in 1..10) {
- threadPoolExecutor.execute { println("execute thread is:${Thread.currentThread().name}") }
- }
-
- // 结果
- // execute thread is:pool-1-thread-1
- // execute thread is:pool-1-thread-1
- // execute thread is:pool-1-thread-1
- // execute thread is:pool-1-thread-1
- // execute thread is:pool-1-thread-5
- // execute thread is:pool-1-thread-5
- // execute thread is:pool-1-thread-4
- // execute thread is:pool-1-thread-3
- // execute thread is:pool-1-thread-2
- // execute thread is:pool-1-thread-1
从结果就可以看出来,执行时间操作,但是只创建了5个线程,另外5次都是复用线程的。这样就达到了复用存在的线程、减少对象的创建和销毁的额外开销;并且可以控制最大线程数,也就是控制了最大并发数。
知道如何使用一个线程池还不够,我们需要看看ThreadPoolExecutor是如何创建、复用这些线程的。下面我们看看创建ThreadPoolExecutor对象的几个参数:
构造方法
- /**
- * 创建一个ThreadPoolExecutor对象
- *
- * @param corePoolSize 核心线程数,这些线程会一直在线程池中,除非设置了 allowCoreThreadTimeOut
- * @param maximumPoolSize 最大线程数,运行线程创建的最大值
- * @param keepAliveTime 当线程数>核心线程数的时候,这个值就是空闲且非核心线程存活的时间
- * @param unit keepAliveTime的单位
- * @param workQueue 保存task的队列,直到执行execute()方法执行
- * @param threadFactory ThreadFactory是一个接口,里面只有Thread newThread(Runnable r)方法,用来创建线程,
- * 默认采用Executors.defaultThreadFactory()
- * @param handler 拒绝处理任务时的策略,如果线程池满了且所有线程都不处于空闲状态,
- * 通过RejectedExecutionHandler接口的rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor)来处理传进来的Runnable
- * 系统提供了四种:CallerRunsPolicy(), AbortPolicy(), DiscardPolicy(), DiscardOldestPolicy()
- * 默认采用new AbortPolicy()
- */
- public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
- int maximumPoolSize,
- long keepAliveTime,
- TimeUnit unit,
- BlockingQueue<Runnable> workQueue,
- ThreadFactory threadFactory,
- RejectedExecutionHandler handler){
- if (corePoolSize < 0 ||
- maximumPoolSize <= 0 ||
- maximumPoolSize < corePoolSize ||
- keepAliveTime < 0)
- throw new IllegalArgumentException();
- if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
- throw new NullPointerException();
- this.acc = System.getSecurityManager() == null ?
- null :
- AccessController.getContext();
- this.corePoolSize = corePoolSize;
- this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
- this.workQueue = workQueue;
- this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
- this.threadFactory = threadFactory;
- this.handler = handler;
- }
我在方法头注释中我都一一解释了几个参数的作用,还有几点需要注意的就是:
- 核心线程数不能小于0;
- 最大线程数不能小于0;
- 最大线程数不能小于核心线程数;
- 空闲线程的存活时间不能小于0;
通过上面的解释我们很明白的知道前面几个参数的作用,但是最后两个参数我们并不能通过表面的解释通晓它,既然不能通过表象看懂他俩,那就看看默认的实现是如何做的,这样在接下来的源码分析中很有帮助。
ThreadFactory:线程工厂
ThreadFactory 是一个接口,里面只由唯一的 Thread newThread(Runnable r); 方法,此方法是用来创建线程的,从接口中我们得到的就只有这么多,下面我们看看 Executors 默认的 DefaultThreadFactory 类:
- // 静态内部类
- static class DefaultThreadFactory implements ThreadFactory {
- // 线程池的标识,从1开始没创建一个线程池+1
- private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1);
- // 线程组
- private final ThreadGroup group;
- // 线程名中的结尾标识,从1开始每创建一个线程+1
- private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);
- // 线程名
- private final String namePrefix;
-
- DefaultThreadFactory() {
- SecurityManager s = System.getSecurityManager();
- group = (s != null) ? s.getThreadGroup() :
- Thread.currentThread().getThreadGroup();
- namePrefix = "pool-" +
- poolNumber.getAndIncrement() +
- "-thread-";
- }
-
- public Thread newThread(Runnable r) {
- Thread t = new Thread(group, r,
- namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(),
- 0);
- if (t.isDaemon())
- t.setDaemon(false);
- if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY)
- t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
- return t;
- }
- }
RejectedExecutionHandler:拒绝处理任务的策略
RejectedExecutionHandler 也是一个接口,并且也只提供了唯一的 void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor); 方法。我们可以自定义策略,也可以用上面提到的封装好的四种策略,先看一下四种策略分别怎么拒绝任务的:
CallerRunsPolicy
- public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
- /**
- * Creates a {@code CallerRunsPolicy}.
- */
- public CallerRunsPolicy() {
- }
-
- /**
- * 如果线程池还没关闭,那么就再次执行这个Runnable
- */
- public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
- if (!e.isShutdown()) {
- r.run();
- }
- }
- }
AbortPolicy
- public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler {
- /**
- * Creates an {@code AbortPolicy}.
- */
- public AbortPolicy() {
- }
-
- /**
- * 这个策略就是抛出异常,不做其他处理
- */
- public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
- throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() +
- " rejected from " +
- e.toString());
- }
- }
DiscardPolicy
- public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler {
- /**
- * Creates a {@code DiscardPolicy}.
- */
- public DiscardPolicy() {
- }
-
- /**
- * 什么也不做,也就是抛弃了这个Runnable
- */
- public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
- }
- }
DiscardOldestPolicy
- public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler {
- /**
- * Creates a {@code DiscardOldestPolicy} for the given executor.
- */
- public DiscardOldestPolicy() {
- }
-
- /**
- * 1. 线程池未关闭
- * 2. 获取队列中的下一个Runnable
- * 3. 获取到了,但是不对它进行处理,也就是抛弃它
- * 4. 执行我们传过来的这个Runnable
- */
- public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
- if (!e.isShutdown()) {
- e.getQueue().poll();
- e.execute(r);
- }
- }
- }
重要的参数
除了上述构造方法中的几个参数外,线程池还有几个比较核心的参数,如下:
- public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
-
- // ctl 的低29位表示线程池中的线程数,高3位表示当前线程状态
- private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
- // 29
- private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
- // (2^29) -1
- private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1;
-
- // 运行状态:接受新任务并处理排队的任务
- private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS;
- // 关闭状态:不接受新任务,但处理排队的任务
- private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS;
- // 停止状态:不接受新任务,不处理排队的任务,中断正在进行的任务
- private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS;
- // 整理状态:整理状态,所有任务已终止,workerCount为零,线程将运行terminate()方法
- private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS;
- // 终止状态:terminate()方法执行完成
- private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS;
-
- // 表示线程是否允许或停止
- private static int runStateOf(int c) { return c & ~CAPACITY; }
- // 线程的有效数量
- private static int workerCountOf(int c) { return c & CAPACITY; }
- private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }
-
- ......后面的源码暂时省略
- }
execute:执行
- public void execute(Runnable command) {
- if (command == null)
- throw new NullPointerException();
- int c = ctl.get();
- // 如果运行中的线程数小于核心线程数,执行addWorker(command, true)创建新的核心Thread执行任务
- if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
- if (addWorker(command, true))
- return;
- c = ctl.get();
- }
- // 1. 已经满足:运行中的线程数大于核心线程数,但是小于最大线程数
- // 2. 需要满足:线程池在运行状态
- // 3. 需要满足:添加到工作队列中成功
- if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
- int recheck = ctl.get();
- // 如果线程不在运行状态,就从工作队列中移除command
- // 并且执行拒绝策略
- if (!isRunning(recheck) && remove(command))
- reject(command);
- // 线程池处于运行状态,但是没有线程,则addWorker(null, false)
- // 至于这里为什么要传入一个null,因为在最外层的if条件中我们已经将Runnable添加到工作队列中了
- // 而且在runWorker()源码中也可以得到答案,如果传入的Runnable为空,就会去工作队列中取task。
- else if (workerCountOf(recheck) == 0)
- addWorker(null, false);
- }
- // 执行addWorker()创建新的非核心线程Thread执行任务
- // addWorker() 失败,执行拒绝策略
- else if (!addWorker(command, false))
- reject(command);
- }
从上面源码中可以看出,execute()一个新的任务,主要有以下这几种情况:
1、核心线程未满,直接新建核心线程并执行任务;
2、核心线程满了,工作队列未满,将任务添加到工作队列中;
3、核心线程和工作队列都满,但是最大线程数未达到,新建线程并执行任务;
4、上面条件都不满足,那么就执行拒绝策略。
更形象的可以看下方流程图:

添加任务的流程图
addWorker(Runnable , boolean):添加Worker
- private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
- // 标记外循环,比如在内循环中break retry就直接跳出外循环
- retry:
- for (; ; ) {
- int c = ctl.get();
- int rs = runStateOf(c);
-
- // 直接返回false有以下3种情况:
- // 1. 线程池状态为STOP、TIDYING、TERMINATED
- // 2. 线程池状态不是running状态,并且firstTask不为空
- // 3. 线程池状态不是running状态,并且工作队列为空
- if (rs >= SHUTDOWN &&
- !(rs == SHUTDOWN && firstTask == null && !workQueue.isEmpty()))
- return false;
-
- for (; ; ) {
- int wc = workerCountOf(c);
- // 如果添加的是核心线程,但是运行的线程数大于等于核心线程数,那么就不添加了,直接返回
- // 如果添加的是非核心线程,但是运行的线程数大于等于最大线程数,那么也不添加,直接返回
- if (wc >= CAPACITY ||
- wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
- return false;
- // 增加workerCount的值 +1
- if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
- // 跳出外循环
- break retry;
- c = ctl.get(); // 重新检查线程池状态
- if (runStateOf(c) != rs)
- continue retry;
- // 重新检查的状态和之前不合,再次从外循环进入
- }
- }
-
- boolean workerStarted = false;
- boolean workerAdded = false;
- Worker w = null;
- try {
- w = new Worker(firstTask);
- final Thread t = w.thread;
- if (t != null) {
- // 线程池重入锁
- final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
- // 获得锁
- mainLock.lock();
- try {
- // Recheck while holding lock.
- // Back out on ThreadFactory failure or if
- // shut down before lock acquired.
- int rs = runStateOf(ctl.get());
- // 线程池在运行状态或者是线程池关闭同时Runnable也为空
- if (rs < SHUTDOWN ||
- (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
- if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
- throw new IllegalThreadStateException();
- // 想Worker中添加新的Worker
- workers.add(w);
- int s = workers.size();
- if (s > largestPoolSize)
- largestPoolSize = s;
- workerAdded = true;
- }
- } finally {
- // 释放锁
- mainLock.unlock();
- }
- // 如果添加成功,启动线程
- if (workerAdded) {
- t.start();
- workerStarted = true;
- }
- }
- } finally {
- if (!workerStarted)
- addWorkerFailed(w);
- }
- return workerStarted;
- }
addWorker() 主要就是在满足种种条件(上述源码中解释了)后,新建一个Worker对象,并添加到HashSet<Worker> workers中去,最后调用新建Worker对象的Thread变量的start()方法。
Worker类
Worker是一个继承了AQS并实现了Runnable的内部类,我们重点看看它的run()方法,因为上面addWorker()中,t.start()触发的就是它的run()方法:
- 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;
-
- /**
- * Thread this worker is running in. Null if factory fails.
- */
- final Thread thread;
- /**
- * Initial task to run. Possibly null.
- */
- 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) {
- setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
- this.firstTask = firstTask;
- // 这边是把Runnable传给了Thread,也就是说Thread.run()就是执行了下面的run()方法
- this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
- }
-
- /**
- * Delegates main run loop to outer runWorker
- */
- public void run() {
- runWorker(this);
- }
- }
run()方法实际调用了runWorker(Worker)方法
runWorker(Worker)方法:
- final void runWorker(Worker w) {
- Thread wt = Thread.currentThread();
- Runnable task = w.firstTask;
- w.firstTask = null;
- w.unlock(); // 释放锁,允许中断
- boolean completedAbruptly = true;
- try {
- // 1. worker中的task不为空
- // 2. 如果worker的task为空,那么取WorkerQueue的task
- while (task != null || (task = getTask()) != null) {
- 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
- if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
- (Thread.interrupted() &&
- runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
- !wt.isInterrupted())
- wt.interrupt();
- try {
- // 这是一个空方法,可由子类实现
- beforeExecute(wt, task);
- Throwable thrown = null;
- try {
- // 执行task
- task.run();
- }
- .... 省略
- // 这是一个空方法,可由子类实现
- finally {
- afterExecute(task, thrown);
- }
- } finally {
- task = null;
- w.completedTasks++;
- w.unlock();
- }
- }
- completedAbruptly = false;
- } finally {
- processWorkerExit(w, completedAbruptly);
- }
- }
getTask():
- ```java
- private Runnable getTask() {
- // 进入死循环
- for (; ; ) {
- try {
- // 为true的条件:
- // allowCoreThreadTimeOut=true: 核心线程需根据keepAliveTime超时等待
- // 核心线程数已满
- boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
- // 如果timed为true,执行BlockQueue.poll(),这个操作在取不到task的时候会等待keepAliveTime,然后返回null
- // 如果timed为false,执行BlockQueue.take(),这个操作在队列为空的时候一直阻塞
- Runnable r = timed ?
- workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
- workQueue.take();
- if (r != null)
- return r;
- }
- }
- }
- ```
线程池的源码按照上述的几个方法(execute(runnable) -> addWorker(runnable,core) -> Worker -> runWorker(worker) -> getTask())的顺序来分析,你就可以很清晰的将运作过程了解清楚,同事构造方法和几个重要的参数一定要懂,不然对于后面的源码分析很受阻碍,相信大家通过这篇文章可以加深对线程池的理解。
以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持w3xue。