Java并发——一文吃透线程池 java后端

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1. Executor框架介绍 1.1 任务的两级调度模型应用程序通过Executor框架控制上层的调度
下层的调度有OS内核控制，不受应用程序控制

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1.2 Executor架构结构 Executor架构分为三个部分

任务
任务的返回结果
执行任务

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2. Future接口用于控制任务的执行，获得异步任务的执行状态，执行结果
向线程池提交Callable任务，线程池会返回一个Future对象供我们查看异步任务的执行状态，执行结果

Futurefuture=executor.submit(new Callable(){}); //上下等价RunnableFuturefuture=new FutureTask(异步任务); executor.execute(future);

3. ThreadPoolExecutor详解

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3.1 线程池的状态

线程池有五种运行状态
- RUNNING（运行）——可以接收新的任务并执行
- SHUTDOWN（关闭）——不再接收新的任务，但是仍会处理已经提交的任务（包括线程正在执行的和处于阻塞队列中的）
- STOP（停止）——不再接收新的任务，不会处理阻塞队列中的额任务，并且会中断正在执行的任务
- TIDYING（整理）——所有的任务都已经终止，将线程池状态转换为TIDYING的线程会调用terminated()
- TERMINATED（终止）——已经执行完毕terminated()，线程池终止
线程池维护了一个AtomicInteger变量来表示线程池所处的状态（该变量还可以表示线程池中的线程数）
线程池状态变化

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3.2 手动创建线程池

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) { //略 this.corePoolSize = corePoolSize; this.maximumPoolSize = maximumPoolSize; this.workQueue = workQueue; this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime); this.threadFactory = threadFactory; this.handler = handler; }

参数介绍

corePoolSize：初始化ThreadPoolExecutor中的corePoolSize，指定核心线程的数量
maximumPoolSize：初始化ThreadPoolExecutor中的maximunPoolSize，代表线程池中允许的最大线程数
keepAliveTime：初始化ThreadPoolExecutor中的keepAliveTime，空闲线程允许存活的最大时间
unit：keepAliveTime的单位
workQueue：初始化ThreadPoolExecutor中的workQueue，任务队列
threadFactory：初始化ThreadPoolExecutor中的threadFactory，线程工厂，用于创建线程
handler：初始化ThreadPoolExecutor中的handler，拒绝策略
ThreadPoolExecutor内置4种拒绝策略
- AbortPolicy：直接抛出异常。
- CallerRunsPolicy：由提交任务的线程处理任务
- DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最老的任务，重新提交这个被拒绝的任务
- DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。

3.3 execute()执行过程 %E8%BF%87%E7%A8%8B.png)过程](../p/execute()过程.png)
3.4 Woker和addWork()逻辑

线程池中，线程被封装为Worker
thread：由线程池中的threadFactory创建
firstTask：创建Worker的时，可以指定firstTask，如果firstTask不为null，那么线程优先执行firstTask

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创建核心线程失败情况
- 线程池的状态是STOP，TIDYING，TERMINATED
- 线程池的状态是SHUTDOWN，并且传入了任务不是null（SHUTDOWN状态下，线程池不再接受新的任务）
- 当前线程数>=允许的核心线程数
创建非核心线程失败情况
- 线程池的状态是STOP，TIDYING，TERMINATED
- 线程池的状态是SHUTDOWN，并且传入了任务不是null（SHUTDOWN状态下，线程池不再接受新的任务）
- 当前线程数>=允许的最大线程数

3.5 Worker工作过程

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Woker执行的任务有2个来源
1. Woker创建时指定的firstTask
2. 从阻塞队列获取
Woker分为阻塞核心线程和非核心线程——根据当前线程数目是否<= corePoolSize来判断（所以对于同一个线程，某一时刻可以是核心线程，另一时刻可以是非核心线程）
默认情况下，核心线程会在阻塞队列永久阻塞获取，并且不会销毁，非核心线程只会在阻塞队列阻塞获取keepAliveTime的时间，超过了会进行销毁
但是如果线程池设置了 allowCoreThreadTimeOut，那么核心线程的待遇就跟非核心线程一样了

3.6 关闭线程池 3.6.0 尝试销毁线程池——tryTerminate()
尝试将线程池的状态更改为 TERMINATED，只有以下2种情况才能成功

线程池状态为 SHUTDOWN，线程池中没有线程，并且阻塞队列为空
线程池为 STOP，线程池中没有线程

3.6.1 缓慢关闭线程池——shutdown()

确保调用者有权限访问线程池中的线程
将线程池的状态修改为 SHUTDOWN
对线程池中的所有线程调用其interrupt()传递中断信号
调用tryTerminal()尝试销毁线程池

第4步大部分情况都不会成功线程池状态变为SHUTDOWN后，线程池不会再接受新的任务，但已经接受的任务仍会继续执行，当所有任务执行完后，线程检测到线程池状态为SHUTDOWN并且任务队列空了，那么线程会执行退出操作——在退出操作中，每个线程都会执行一次 tryTerminal()，最后一个退出的线程可以成功销毁线程池

3.6.2 快速关闭线程池——shutdownNow()

确保调用者有权限访问线程池中的线程
将线程池的状态修改为 STOP
对线程池中的所有线程调用其interrupt()传递中断信号
移出任务队列中所有未执行的任务
调用tryTerminal()尝试销毁线程池

shutdownNow()移除任务队列中所有未执行的任务，从而实现快速关闭线程池

3.7 预热方法 3.7.1 prestartCoreThread
在线程池中预先创建一个线程
3.7.2 prestartAllCoreThreads
在线程池中创建所有的核心线程
3.8 面试题 3.8.1 如何理解keepAliveTime
如果线程池中的线程数目>corePoolSize，那么多余的线程一旦空闲超过keepAliveTime，就会销毁线程，直到线程数目==corePoolSize
3.8.2 为什么任务先放在任务队列中，而不是直接把线程数目拉到最大
我的个人理解
我认为线程池的本意是让核心数量的线程工作着，任务队列起到一个缓冲的作用，最大线程数目这个参数更像是无奈之举，在任务非常多的情况下做最后的努力，去新建线程来帮助处理任务
原生的线程池偏向于 CPU密集型，任务过多时不是创建更多的线程，而是先缓存任务，让核心线程去处理
而像Tomcat这种业务场景，是 IO密集型，原生的线程池并不合适，需要定制（Tomcat的线程池就是定制的）
4. ScheduledThreadPoolExecutor

继承自ThreadPoolExecutor，用于在给定的延迟后执行任务or执行定时任务
任务队列默认是用 DelayWorkQueue
提交任务后，任务封装为ScheduledFutureTask后，直接进入任务队列，然后由线程从任务队列任务队列中获取ScheduledFutureTask执行

4.1 任务类图

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4.2 任务提交 ScheduledThreadPoolExecutor中
schedule()，scheduleAtFixedRate()，scheduleWithFixedDelay()，submit(),execute()的逻辑基本相同
接下来以schedule()为例进行讲解
.png)
ScheduledThreadPool中，任务封装为ScheduledFutureTask后，直接进入任务队列，然后由线程从任务队列中获取ScheduledFutureTask执行

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4.3 任务的执行

DelayWorkQueue和ScheduledFutureTask的结构

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任务任务执行的步骤

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1. 线程从DelayWorkQueue中获取超时的ScheduledFutureTask
  (从queue中获取queue[0]，如果没有会阻塞等待，然后检查任务是否超时,如果任务没超时，会阻塞直到任务超时)
2. 线程执行任务
3. 线程修改ScheduledFutureTask的time为下一次执行的时间
4. 线程将ScheduledFutureTask重新放回DelayWorkQueue