Java 线程池原理分析

| handler | 拒绝策略。当线程池和任务队列均处于饱和状态时，使用拒绝策略处理新任务。默认是?AbortPolicy，即直接抛出异常 |

以上是各个参数的简介，下面我将会针对部分参数进行详细说明，继续往下看。

3.1.2 线程创建规则

在 Java 线程池实现中，线程池所能创建的线程数量受限于 corePoolSize 和 maximumPoolSize 两个参数值。线程的创建时机则和 corePoolSize 以及 workQueue 两个参数有关。下面列举一下线程创建的 4 个规则（线程池中无空闲线程），如下：

1. 线程数量小于 corePoolSize，直接创建新线程处理新的任务

2. 线程数量大于等于 corePoolSize，workQueue 未满，则缓存新任务

3. 线程数量大于等于 corePoolSize，但小于 maximumPoolSize，且 workQueue 已满。则创建新线程处理新任务

4. 线程数量大于等于 maximumPoolSize，且 workQueue 已满，则使用拒绝策略处理新任务

简化一下上面的规则：

| 序号 | 条件 | 动作 |

| --- | --- | --- |

| 1 | 线程数 <?corePoolSize | 创建新线程 |

| 2 | 线程数 ≥?corePoolSize，且 workQueue 未满 | 缓存新任务 |

| 3 | corePoolSize ≤ 线程数 ＜?maximumPoolSize，且?workQueue 已满 | 创建新线程 |

| 4 | 线程数 ≥?maximumPoolSize，且 workQueue 已满 | 使用拒绝策略处理 |

3.1.3 资源回收

考虑到系统资源是有限的，对于线程池超出 corePoolSize 数量的空闲线程应进行回收操作。进行此操作存在一个问题，即回收时机。目前的实现方式是当线程空闲时间超过 keepAliveTime 后，进行回收。除了核心线程数之外的线程可以进行回收，核心线程内的空闲线程也可以进行回收。回收的前提是allowCoreThreadTimeOut属性被设置为 true，通过public void allowCoreThreadTimeOut(boolean) 方法可以设置属性值。

3.1.4 排队策略

如 3.1.2 线程创建规则一节中规则 2 所说，当线程数量大于等于 corePoolSize，workQueue 未满时，则缓存新任务。这里要考虑使用什么类型的容器缓存新任务，通过 JDK 文档介绍，我们可知道有 3 中类型的容器可供使用，分别是同步队列，有界队列和无界队列。对于有优先级的任务，这里还可以增加优先级队列。以上所介绍的 4 中类型的队列，对应的实现类如下：

| 实现类 | 类型 | 说明 |

| --- | --- | --- |

| SynchronousQueue | 同步队列 | 该队列不存储元素，每个插入操作必须等待另一个线程调用移除操作，否则插入操作会一直阻塞 |

| ArrayBlockingQueue | 有界队列 | 基于数组的阻塞队列，按照 FIFO 原则对元素进行排序 |

| LinkedBlockingQueue | 无界队列 | 基于链表的阻塞队列，按照 FIFO 原则对元素进行排序 |

| PriorityBlockingQueue | 优先级队列 | 具有优先级的阻塞队列 |

3.1.5 拒绝策略

如 3.1.2 线程创建规则一节中规则 4 所说，线程数量大于等于 maximumPoolSize，且 workQueue 已满，则使用拒绝策略处理新任务。Java 线程池提供了 4 中拒绝策略实现类，如下：

| 实现类 | 说明 |

| --- | --- |

| AbortPolicy | 丢弃新任务，并抛出?RejectedExecutionException |

| DiscardPolicy | 不做任何操作，直接丢弃新任务 |

| DiscardOldestPolicy | 丢弃队列队首的元素，并执行新任务 |

| CallerRunsPolicy | 由调用线程执行新任务 |

以上 4 个拒绝策略中，AbortPolicy 是线程池实现类所使用的策略。我们也可以通过方法public void setRejectedExecutionHandler(RejectedExecutionHandler)修改线程池决绝策略。

3.2 重要操作

3.2.1 线程的创建与复用

在线程池的实现上，线程的创建是通过线程工厂接口ThreadFactory的实现类来完成的。默认情况下，线程池使用Executors.defaultThreadFactory()方法返回的线程工厂实现类。当然，我们也可以通过

public void setThreadFactory(ThreadFactory)方法进行动态修改。具体细节这里就不多说了，并不复杂，大家可以自己去看下源码。

在线程池中，线程的复用是线程池的关键所在。这就要求线程在执行完一个任务后，不能立即退出。对应到具体实现上，工作线程在执行完一个任务后，会再次到任务队列获取新的任务。如果任务队列中没有任务，且 keepAliveTime 也未被设置，工作线程则会被一致阻塞下去。通过这种方式即可实现线程复用。

说完原理，再来看看线程的创建和复用的相关代码（基于 JDK 1.8），如下：

+----ThreadPoolExecutor.Worker.java Worker(Runnable firstTask) { setState(-1); this.firstTask = firstTask; // 调用线程工厂创建线程 this.thread = getThreadFactory().newThread(this); } // Worker 实现了 Runnable 接口 public void run() { runWorker(this); } +----ThreadPoolExecutor.java final void runWorker(Worker w) { Thread wt = Thread.currentThread(); Runnable task = w.firstTask; w.firstTask = null; w.unlock(); boolean completedAbruptly = true; try { // 循环从任务队列中获取新任务 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 { beforeExecute(wt, task); Throwable thrown = null; try { // 执行新任务 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 { afterExecute(task, thrown); } 《一线大厂 Java 面试题解析+后端开发学习笔记+最新架构讲解视频+实战项目源码讲义》无偿开源 威信搜索公众号【编程进阶路】 } finally { task = null; w.completedTasks++; w.unlock(); } } completedAbruptly = false; } finally { // 线程退出后，进行后续处理 processWorkerExit(w, completedAbruptly); } }

3.2.2 提交任务

通常情况下，我们可以通过线程池的submit方法提交任务。被提交的任务可能会立即执行，也可能会被缓存或者被拒绝。任务的处理流程如下图所示：

上面的流程图不是很复杂，下面再来看看流程图对应的代码，如下：

+---- AbstractExecutorService.java public Future<?> submit(Runnable task) { if (task == null) throw new NullPointerException(); // 创建任务 RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null); // 提交任务 execute(ftask); return ftask; } +---- ThreadPoolExecutor.java public void execute(Runnable command) { if (command == null) throw new NullPointerException(); int c = ctl.get(); // 如果工作线程数量 < 核心线程数，则创建新线程 if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { // 添加工作者对象 if (addWorker(command, true)) return; c = ctl.get(); } // 缓存任务，如果队列已满，则 offer 方法返回 false。否则，offer 返回 true 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); } // 添加工作者对象，并在 addWorker 方法中检测线程数是否小于最大线程数 else if (!addWorker(command, false)) // 线程数 >= 最大线程数，使用拒绝策略处理任务 reject(command); } private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) { retry: for (;;) { int c = ctl.get(); int rs = runStateOf(c); // Check if queue empty only if necessary. if (rs >= SHUTDOWN && ! (rs == SHUTDOWN && firstTask == null && ! workQueue.isEmpty())) return false; for (;;) { int wc = workerCountOf(c); // 检测工作线程数与核心线程数或最大线程数的关系 if (wc >= CAPACITY || wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)) return false; if (compareAndIncrementWorkerCount(c)) break retry; c = ctl.get(); // Re-read ctl if (runStateOf(c) != rs) continue retry; // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop } } boolean workerStarted = false; boolean workerAdded = false; Worker w = null; try { // 创建工作者对象，细节参考上一节所贴代码 w = new Worker(firstTask); final Thread t = w.thread; if (t != null) { final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; mainLock.lock(); try { int rs = runStateOf(ctl.get()); if (rs < SHUTDOWN || (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) { if (t.isAlive()) // precheck that t is startable throw new IllegalThreadStateException(); // 将 worker 对象添加到 workers 集合中 workers.add(w); int s = workers.size(); // 更新 largestPoolSize 属性 if (s > largestPoolSize) largestPoolSize = s; workerAdded = true; } } finally { mainLock.unlock(); } if (workerAdded) { // 开始执行任务 t.start(); workerStarted = true; } } } finally { if (! workerStarted) addWorkerFailed(w); } return workerStarted; }

上面的代码略多，不过结合上面的流程图，和我所写的注释，理解主逻辑应该不难。

3.2.3 关闭线程池

我们可以通过shutdown和shutdownNow两个方法关闭线程池。两个方法的区别在于，shutdown 会将线程池的状态设置为SHUTDOWN，同时该方法还会中断空闲线程。shutdownNow 则会将线程池状态设置为STOP，并尝试中断所有的线程。中断线程使用的是Thread.interrupt方法，未响应中断方法的任务是无法被中断的。最后，shutdownNow 方法会将未执行的任务全部返回。

调用 shutdown 和 shutdownNow 方法关闭线程池后，就不能再向线程池提交新任务了。对于处于关闭状态的线程池，会使用拒绝策略处理新提交的任务。

4.几种线程池

一般情况下，我们并不直接使用 ThreadPoolExecutor 类创建线程池，而是通过 Executors 工具类去构建线程池。通过 Executors 工具类，我们可以构造 5 中不同的线程池。下面通过一个表格简单介绍一下几种线程池，如下：