JDK源码分析 线程池

Java

说明

对于JDK源码分析的文章，仅仅记录我认为重要的地方。源码的细节实在太多，不可能面面俱到地写清每个逻辑。所以我的JDK源码分析，着重在JDK的体系架构层面，具体源码可以参考：http://www.cnblogs.com/skywang12345/category/455711.html。

架构图

Executor 函数接口

Executor：提供一种将"任务提交"与"任务如何运行"分离开来的机制。

void execute(Runnable command)

ExecutorService

ExecutorService提供了"将任务提交给执行者的接口(submit方法)"，"让执行者执行任务(invokeAll, invokeAny方法)"的接口等等。

AbstractExecutorService

抽象类，为ExecutorService中的函数接口提供了默认实现。

ThreadPoolExecutor

大名鼎鼎的“线程池”。

ScheduledExecutorService

接口，提供了“延时”和“周期执行”接口。

ScheduledThreadPoolExecutor

继承于ThreadPoolExecutor，并且实现了ScheduledExecutorService接口。它相当于提供了"延时"和"周期执行"功能的ScheduledExecutorService。

Executors

静态工厂类。它通过静态工厂方法返回 ExecutorService、ScheduledExecutorService、ThreadFactory 和 Callable 等类的对象。

示例

class MyThreadPool extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running... ");
    }
}
@Test
public void testThreadPoolExecutor() throws InterruptedException {
    ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        pool.execute(new MyThreadPool());
    }
    pool.shutdown();
}

输出：

pool-1-thread-1 is running... 
pool-1-thread-2 is running... 
pool-1-thread-1 is running... 
pool-1-thread-2 is running... 
pool-1-thread-1 is running... 

分析：

示例代码中，新建了一个大小固定为2的线程池，并将5个线程依次放入线程池。从输出结果中可以看出，是线程pool-1-thread-1和线程pool-1-thread-2相互交替，并没有新建多余的线程。

静态工厂类

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

创建一个线程池，线程池的容量是nThreads。已提交但是没有执行的任务，会被阻塞，直到有任务运行完成。

newFixedThreadPool()在调用ThreadPoolExecutor()时，会传递一个LinkedBlockingQueue()对象，而LinkedBlockingQueue是单向链表实现的阻塞队列。在线程池中，就是通过该阻塞队列来实现"当线程池中任务数量超过允许的任务数量时，部分任务会阻塞等待"。

ThreadFactory

public static ThreadFactory defaultThreadFactory() {
    return new DefaultThreadFactory();
}

static class DefaultThreadFactory implements ThreadFactory {
    private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1);
    private final ThreadGroup group;
    private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);
    private final String namePrefix;
    DefaultThreadFactory() {
        SecurityManager s = System.getSecurityManager();
        group = (s != null) ? s.getThreadGroup() :
                              Thread.currentThread().getThreadGroup();
        namePrefix = "pool-" +
                      poolNumber.getAndIncrement() +
                     "-thread-";
    }
    // 提供创建线程的API。
    public Thread newThread(Runnable r) {
        // 线程对应的任务是Runnable对象r
        Thread t = new Thread(group, r,
                              namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(),
                              0);
        // 设为“非守护线程”
        if (t.isDaemon())
            t.setDaemon(false);
        // 将优先级设为“Thread.NORM_PRIORITY”
        if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY)
            t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
        return t;
    }
}

excute 添加任务到“线程池”

public void execute(Runnable command) {
    // 如果任务为null，则抛出异常。
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    // 获取ctl对应的int值。该int值保存了"线程池中任务的数量"和"线程池状态"信息
    int c = ctl.get();
    // 当线程池中的任务数量 < "核心池大小"时，即线程池中少于corePoolSize个任务。
    // 则通过addWorker(command, true)新建一个线程，并将任务(command)添加到该线程中；然后，启动该线程从而执行任务。
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    // 当线程池中的任务数量 >= "核心池大小"时，
    // 而且，"线程池处于允许状态"时，则尝试将任务添加到阻塞队列中。
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        // 再次确认“线程池状态”，若线程池异常终止了，则删除任务；然后通过reject()执行相应的拒绝策略的内容。
        int recheck = ctl.get();
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
        // 否则，如果"线程池中任务数量"为0，则通过addWorker(null, false)尝试新建一个线程，新建线程对应的任务为null。
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    // 通过addWorker(command, false)新建一个线程，并将任务(command)添加到该线程中；然后，启动该线程从而执行任务。
    // 如果addWorker(command, false)执行失败，则通过reject()执行相应的拒绝策略的内容。
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
}

shutdown 关闭线程池

public void shutdown() {
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    // 获取锁
    mainLock.lock();
    try {
        // 检查终止线程池的“线程”是否有权限。
        checkShutdownAccess();
        // 设置线程池的状态为关闭状态。
        advanceRunState(SHUTDOWN);
        // 中断线程池中空闲的线程。
        interruptIdleWorkers();
        // 钩子函数，在ThreadPoolExecutor中没有任何动作。
        onShutdown(); // hook for ScheduledThreadPoolExecutor
    } finally {
        // 释放锁
        mainLock.unlock();
    }
    // 尝试终止线程池
    tryTerminate();
}

线程池状态

• Running
• SHUTDOWN
• STOP
• TIDYING
• TERMINATED

rivate final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));

ctl是一个AtomicInteger类型的原子对象。ctl记录了"线程池中的任务数量"和"线程池状态"2个信息。
ctl共包括32位。其中，高3位表示"线程池状态"，低29位表示"线程池中的任务数量"。

RUNNING    -- 对应的高3位值是111。
SHUTDOWN   -- 对应的高3位值是000。
STOP       -- 对应的高3位值是001。
TIDYING    -- 对应的高3位值是010。
TERMINATED -- 对应的高3位值是011。