java内置线程池ThreadPoolExecutor源码学习记录

背景

公司业务性能优化，使用java自带的Executors.newFixedThreadPool()方法生成线程池。但是其内部定义的LinkedBlockingQueue容量是Integer.MAX_VALUE。考虑到如果数据库中待处理数据量很大有可能会在短时间内往LinkedBlockingQueue中填充很多数据，导致内存溢出。于是看了一下线程池这块的源码，并在此记录。

类图

Executor是一个顶层接口，在它里面只声明了一个方法execute(Runnable)，返回值为void，参数为Runnable类型，从字面意思可以理解，就是用来执行传进去的任务的；
ExecutorService接口继承了Executor接口，并声明了一些方法：submit、invokeAll、invokeAny以及shutDown等
抽象类AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口，基本实现了ExecutorService中声明的所有方法；submit() 方法

ThreadPoolExecutor继承了类AbstractExecutorService。实现了execute(Runnable)方法。
Executors提供的集中工厂方法都是调用的ThreadPoolExecutor的构造方法。因为这个构造方法参数比较多所以提供了几个经典的实现。

ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool();
ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool();

本篇违章主要包括以下几点内容。这也是解决背景中提到的问题的主要历程。

1.ThreadPoolExecutor构造方法

2.ExecutorService submit() 方法的实现

2.Executor execute() 方法的实现

3.reject() 拒绝策略

ThreadPoolExecutor构造方法

构造方法中赋值的成员标量：

// 构造方法中用到的成员变量
private volatile int   corePoolSize;     //核心池的大小（即线程池中的线程数目大于这个参数时，提交的任务会被放进任务缓存队列）
private volatile int   maximumPoolSize;   //线程池最大能容忍的线程数
private volatile long  keepAliveTime;    //线程空闲之后存货时间 （线程数量大于corePoolSize之后）
private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;              //任务缓存队列，用来存放等待执行的任务
private volatile ThreadFactory threadFactory;   //线程工厂，用来创建线程 
private volatile RejectedExecutionHandler handler; //任务拒绝策略

通过代码可以知道 Executors提供的集中工厂方法实际都是调用的同一个ThreadPoolExecutor的构造方法。当然我们也可以通过自己调用ThreadPoolExecutor构造方法自己设置参数从而获得很贴合我们业务的线程池。

AbstractExecutorService submit() 方法

/**
     * @throws RejectedExecutionException {@inheritDoc}
     * @throws NullPointerException       {@inheritDoc}
     */
    public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }

其实是调用了execute() 方法，execute()方法由ThreadPoolExecutor类实现。

ThreadPoolExecutor execute()方法

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
        // 29位
    private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
        // 0001 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
    private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;

    // runState is stored in the high-order bits
    private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
    private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
    private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
    private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
    private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

    // Packing and unpacking ctl
        // 高三位 代表 状态
    private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }
        // 低三位 代表 数量
    private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }
    // 把状态和数量两个值 揉在一起
        // private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
    private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        // 获取到当前有效的线程数和线程池的状态
        int c = ctl.get();
              // 1.获取当前正在运行线程数是否小于核心线程池，是则新创建一个线程执行任务，否则将任务放到任务队列中
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }
                 // 2.当前核心线程池中全部线程都在运行workerCountOf(c) >= corePoolSize，所以此时将线程放到任务队列中
                 // 线程池是否处于运行状态，且是否任务插入任务队列成功。注意这块 && 是做了优化如果前面条件失败后面语句不会处理
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            int recheck = ctl.get();
              //在此检查线程池是否处于运行状态，如果不是则使刚刚的任务出队。和上面一样 && 是做了优化如果前面条件失败后面语句不会处理
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
              // 如果没有执行的线程，就再开启一个线程（有可能没有核心线程）
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                addWorker(null, false);
        }
              // 3.插入队列不成功 offer() 方法失败是因为队列满了，此时就新创建线程去执行任务，创建失败抛出异常
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }

// CAS修改clt的值+1，成功退出cas循环，失败继续
if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                    break retry;

//将新建的线程加入到线程池中
workers.add(w);
int s = workers.size();
//修正largestPoolSize的值
if (s > largestPoolSize)
  largestPoolSize = s;
workerAdded = true;

addWorker()方法总结起来就两部分

1.CAS+失败重试操作来将线程数加1

2.新建一个线程并启用。

RejectedExecutionHandler拒绝策略

java 内置的四种拒绝策略。

 public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler  // 抛出java.util.concurrent.RejectedExecutionException异常
 public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler //直接在 execute 方法的调用线程中运行被拒绝的任务。如果执行程序已关闭，则会丢弃该任务
 public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler  // 不做任何处理 直接丢弃
 public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler  // 丢弃老的

自定义拒绝策略：

new RejectedExecutionHandler() {
            // 自定义拒绝策略
            @Override
            public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
                try {
                    // 如果LinkedBlockingQueue存满了，阻塞等待有空间后再加入元素。（put方法是阻塞的）
                    LOGGER.info("LinkedBlockingQueue has been full ");
                      // put() 方法是阻塞的，如果队列没有空间会一直等待。
                    executor.getQueue().put(r);
                    LOGGER.info("thread has been put in");

                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

总结一点：当用java内置的一些工具的时候，如果有不理解的一定要深入去看源码。从根本上找解决思路。