线程池 execute() 的工作逻辑

原文地址:https://www.xilidou.com/2018/02/09/thread-corepoolsize/

最近在看《Java并发编程的艺术》回顾线程池的原理和参数的时候发现一个问题,如果 corePoolSize = 0 且 阻塞队列是无界的。线程池将如何工作?

我们先回顾一下书里面描述线程池execute()工作的逻辑:

  1. 如果当前运行的线程,少于corePoolSize,则创建一个新的线程来执行任务。
  2. 如果运行的线程等于或多于 corePoolSize,将任务加入 BlockingQueue。
  3. 如果 BlockingQueue 内的任务超过上限,则创建新的线程来处理任务。
  4. 如果创建的线程数是单钱运行的线程超出 maximumPoolSize,任务将被拒绝策略拒绝。

看了这四个步骤,其实描述上是有一个漏洞的。如果核心线程数是0,阻塞队列也是无界的,会怎样?如果按照上文的逻辑,应该没有线程会被运行,然后线程无限的增加到队列里面。然后呢?

于是我做了一下试验看看到底会怎样?

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public class threadTest {
private final static ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(0,1,0, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
public static void main(String[] args) {
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
while (true) {
executor.execute(() -> {
System.out.println(atomicInteger.getAndAdd(1));
});
}
}
}

结果里面的System.out.println(atomicInteger.getAndAdd(1));语句执行了,与上面的描述矛盾了。到底发生了什么?线程池创建线程的逻辑是什么?我们还是从源码来看看到底线程池的逻辑是什么?

ctl

要了解线程池,我们首先要了解的线程池里面的状态控制的参数 ctl。

  • 线程池的ctl是一个原子的 AtomicInteger。
  • 这个ctl包含两个参数 :
    • workerCount 激活的线程数
    • runState 当前线程池的状态
  • 它的低29位用于存放当前的线程数, 因此一个线程池在理论上最大的线程数是 536870911; 高 3 位是用于表示当前线程池的状态, 其中高三位的值和状态对应如下:
    • 111: RUNNING
    • 000: SHUTDOWN
    • 001: STOP
    • 010: TIDYING
    • 110: TERMINATED

为了能够使用 ctl 线程池提供了三个方法:

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// Packing and unpacking ctl
// 获取线程池的状态
private static int runStateOf(int c) { return c & ~CAPACITY; }
// 获取线程池的工作线程数
private static int workerCountOf(int c) { return c & CAPACITY; }
// 根据工作线程数和线程池状态获取 ctl
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

execute

外界通过 execute 这个方法来向线程池提交任务。

先看代码:

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public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
int c = ctl.get();

//如果工作线程数小于核心线程数,
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
//执行addWork,提交为核心线程,提交成功return。提交失败重新获取ctl
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}

//如果工作线程数大于核心线程数,则检查线程池状态是否是正在运行,且将新线程向阻塞队列提交。
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {

//recheck 需要再次检查,主要目的是判断加入到阻塞队里中的线程是否可以被执行
int recheck = ctl.get();

//如果线程池状态不为running,将任务从阻塞队列里面移除,启用拒绝策略
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
// 如果线程池的工作线程为零,则调用addWoker提交任务
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}

//添加非核心线程失败,拒绝
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}

addWorker

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private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
retry:
for (;;) {
int c = ctl.get();
//获取线程池状态
int rs = runStateOf(c);

// Check if queue empty only if necessary.
// 判断是否可以添加任务。
if (rs >= SHUTDOWN &&
! (rs == SHUTDOWN &&
firstTask == null &&
! workQueue.isEmpty()))
return false;

for (;;) {
//获取工作线程数量
int wc = workerCountOf(c);
//是否大于线程池上限,是否大于核心线程数,或者最大线程数
if (wc >= CAPACITY ||
wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
return false;
//CAS 增加工作线程数
if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
break retry;
c = ctl.get(); // Re-read ctl
//如果线程池状态改变,回到开始重新来
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;

//上面的逻辑是考虑是否能够添加线程,如果可以就cas的增加工作线程数量
//下面正式启动线程
try {
//新建worker
w = new Worker(firstTask);

//获取当前线程
final Thread t = w.thread;
if (t != null) {
//获取可重入锁
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
//锁住
mainLock.lock();
try {
// Recheck while holding lock.
// Back out on ThreadFactory failure or if
// shut down before lock acquired.
int rs = runStateOf(ctl.get());
// rs < SHUTDOWN ==> 线程处于RUNNING状态
// 或者线程处于SHUTDOWN状态,且firstTask == null(可能是workQueue中仍有未执行完成的任务,创建没有初始任务的worker线程执行)
if (rs < SHUTDOWN ||
(rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
// 当前线程已经启动,抛出异常
if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
throw new IllegalThreadStateException();
//workers 是一个 HashSet 必须在 lock的情况下操作。
workers.add(w);
int s = workers.size();
//设置 largeestPoolSize 标记workAdded
if (s > largestPoolSize)
largestPoolSize = s;
workerAdded = true;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
//如果添加成功,启动线程
if (workerAdded) {
t.start();
workerStarted = true;
}
}
} finally {
//启动线程失败,回滚。
if (! workerStarted)
addWorkerFailed(w);
}
return workerStarted;
}

先看看 addWork() 的两个参数,第一个是需要提交的线程 Runnable firstTask,第二个参数是 boolean 类型,表示是否为核心线程。

execute() 中有三处调用了 addWork() 我们逐一分析。

  • 第一次,条件 if (workerCountOf(c) < corePoolSize) 这个很好理解,工作线程数少于核心线程数,提交任务。所以 addWorker(command, true)
  • 第二次,如果 workerCountOf(recheck) == 0 如果worker的数量为0,那就 addWorker(null,false)。为什么这里是 null ?之前已经把 command 提交到阻塞队列了 workQueue.offer(command) 。所以提交一个空线程,直接从阻塞队列里面取就可以了。
  • 第三次,如果线程池没有 RUNNING 或者 offer 阻塞队列失败,addWorker(command,false),很好理解,对应的就是,阻塞队列满了,将任务提交到,非核心线程池。与最大线程池比较。

至此,重新归纳execute()的逻辑应该是:

  1. 如果当前运行的线程,少于corePoolSize,则创建一个新的线程来执行任务。
  2. 如果运行的线程等于或多于 corePoolSize,将任务加入 BlockingQueue。
  3. 如果加入 BlockingQueue 成功,需要二次检查线程池的状态如果线程池没有处于 Running,则从 BlockingQueue 移除任务,启动拒绝策略。
  4. 如果线程池处于 Running状态,则检查工作线程(worker)是否为0。如果为0,则创建新的线程来处理任务。如果启动线程数大于maximumPoolSize,任务将被拒绝策略拒绝。
  5. 如果加入 BlockingQueue 。失败,则创建新的线程来处理任务。
  6. 如果启动线程数大于maximumPoolSize,任务将被拒绝策略拒绝。

总结

回顾我开始提出的问题:

如果 corePoolSize = 0 且 阻塞队列是无界的。线程池将如何工作?

这个问题应该就不难回答了。

最后

《Java并发编程的艺术》是一本学习 java 并发编程的好书,在这里推荐给大家。

同时,希望大家在阅读技术数据的时候要仔细思考,结合源码,发现,提出问题,解决问题。这样的学习才能高效且透彻。

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