线程池的使用及ThreadPoolExecutor的分析(一)

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一、线程池的介绍

在开发中，频繁的创建和销毁一个线程，是很耗资源的，为此找出了一个可以循环利用已经存在的线程来达到自己的目的，线程池顾名思义，也就是线程池的集合，通过线程池执行的线程任务，可以很有效的去规划线程的使用。
在java中大致有这几种线程池
      newScheduledThreadPool  创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。，可以作一个定时器使用。
      newCachedThreadPool       创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过需要的线程数量，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
      newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池， 它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行，可以控制线程的执行顺序
      newFixedThreadPool          创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待，当创建的线程池数量为1的时候。也类似于单线程化的线程池，当为1的时候，也可控制线程的执行顺序

二、线程池的使用

1、newScheduledThreadPool

    /**
      * 测试newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
      * 一般可做定时器使用
      */
     public static void test_1(){
         //参数是线程的数量
         ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(2);
         /**
          * 第二个参数，是首次执行该线程的延迟时间，之后失效
          * 第三个参数是，首次执行完之后，再过该段时间再次执行该线程，具有周期性
          */
         scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {

             @Override
             public void run() {
                 System.out.println(new Date().getSeconds());

             }
         }, 10, 3, TimeUnit.SECONDS);

     }

2、newCachedThreadPool      

     /**
      * newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，
      * 如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
      */
     public static void test_2(){
         ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
         for (int i = 0; i < 10; i++) {
                final int index = i;
                try {
                 Thread.sleep(index * 1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
                }
             cachedThreadPool.execute(new Runnable() {

                 @Override
                 public void run() {
                     // TODO Auto-generated method stub
                     System.out.println(index+":"+new Date().getSeconds());
                 }
             });
         }
     }

3、newSingleThreadExecutor

     /**
      * newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，
      * 它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行
      */
     public static void test_4(){
         ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
         for(int i = 1; i < 11; i++){
             final int index = i;
             singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
                 @Override
                 public void run() {
                     // TODO Auto-generated method stub
                     //会按顺序打印
                     System.out.println(index);
                 }
             });
         }
     }

4、newFixedThreadPool

     /**
      * newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待
      */
     public static void test_3(){
         //当参数为1的时候，可以控制线程的执行顺序，类似join的作用
         ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
         for(int i = 0; i < 2; i++){
             final int index = i;
             fixedThreadPool.execute(new Runnable() {

                 @Override
                 public void run() {
                     // TODO Auto-generated method stub
                     try {
                         System.out.println(index);
                     } catch (Exception e) {
                         // TODO Auto-generated catch block
                         e.printStackTrace();
                     }
                 }
             });
         }
     }

三、线程池源码分析

以上四种线程都是由一个线程工具类Executors来创造的

如上图，其中newFixedThreadPool 和newCachedThreadPool 都是由threadPoolExecutor来创建的，只是参数不一致而已，
关于threadPoolExector的构造器的参数

corePoolSize 代表该线程中允许的核心线程数，要和工作的线程数量区分开来，两者不
                      等价(工作的线程数量一定不大于corePoolSize，即当超过后，会将线程
                      放入队列中)，可以理解为一个ArrayList集合中，默认空间是10,但存放的
                     元素的数量 不一定是10， 在这里这个10就寓指corePoolSize ，存放元
                     素的个数是工作线程数量
maximumPoolSize 这个参数的意思就是该线程池所允许的最大线程数量
keepAliveTime 这个参数的意思就是空余线程的存活时间，注意这个值并不会对所有线程起作用，如果线程池中的线程数少于等于核心线程数 corePoolSize，那么这些线程不会因                           为空闲太长时间而被关闭，当然，也可以通过调用allowCoreThreadTimeOut方法使核心线程数内的线程也可以被回收。

unit 时间单位
workQueue 阻塞队列，在此作用就是用来存放线程。
threadFactory 线程工厂
defaultHandler 拒绝策略，即当加入线程失败，采用该handler来处理

3.1、线程池的拒绝策略

AbortPolicy
        为java线程池默认的阻塞策略，不执行此任务，而且直接抛出一个运行时异常
DiscardPolicy
        直接抛弃，任务不执行，空方法
DiscardOldestPolicy
        从队列里面抛弃head的一个任务，并再次execute 此task。
CallerRunsPolicy
        在调用execute的线程里面执行此command，会阻塞入口

在分析该类的execute方法前，先看这几个常量的值和一些方法的作用

    /*
     *  ctl的默认值为-536870912，
     *  作用是将该值传入workerCountOf(int c)的参数c中，
     *  则可以返回正在工作的线程数量
     *  每当有一个线程加入工作，该值会加1
     */
     private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
     private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;   //32-3=29
     private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;//536870911

     // runState is stored in the high-order bits，其中running<shutdown<stop<tidying<terminated
     private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;// -536870912
     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;//1610612736

     // Packing and unpacking ctl
     private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }//当c<0时该方法返回的值为-536870912，否则为0
     private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }//获取工作线程数
     private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }//-536870912

3.2、execute

当线程为null时，直接抛出异常

第一步、看图，下图所指的将corePoolSize扩充至maxmumPoolSize是一个类比，
因为在addWorker代码中有这么一句wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))成立则返回false，表明core为false时会以maximumPoolSize来当做corePoolSize比较

         int c = ctl.get();
         if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
             if (addWorker(command, true))
                 return;
             c = ctl.get();
         }
         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);
         }
         else if (!addWorker(command, false))
             reject(command);

3.3、addWorker

         private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
         //外部循环
         retry:
         for (;;) {
             int c = ctl.get();//获取当前工作线程数量，数量为{c-(-536870912)}

             int rs = runStateOf(c);//若c>=0时，该值才为0，否则该值一直为-536870912

             /*
              *由上面的一些线程池状态常量值可知，running<shutdown<stop<tidying<terminated
              *若rs>=shutdown,则表明线程池处于stop、tidying、terminated三种状态的一种
              *若rs>=shutdown成立，则进行后面判断，
              *1、线程池处于shutdown状态
              *  1.1、firstTask不为null，则返回false，也即是线程池已经处于shutdown状态，还要添加新的线程，被直接驳回(拒绝)
              *  1.2、firstTask为null
              *     1.2.1、此时意味着线程池状态为shutdown状态，且first为null，若阻塞队列为空，则返回false
              *2、线程处于大于shutdown的状态，则直接返回false
             */
             if (rs >= SHUTDOWN &&
                 ! (rs == SHUTDOWN &&
                    firstTask == null &&
                    ! workQueue.isEmpty()))
                 return false;
             /*
              *进入内循环以下两种情况会跳出该内循环,否则一直会循环
              *1、当工作线程数量超过一定阈值，会直接返回false
              *2、添加工作线程成功，即ctl的值进行了加一
             */
             for (;;) {
                 int wc = workerCountOf(c);//获取工作线程的数量
                 //当线程数量>=536870911或者>=corePoolSize或maximumPoolSize的时候，则返回false
                 if (wc >= CAPACITY ||
                     wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                     return false;
                 if (compareAndIncrementWorkerCount(c))//使用unsafe的cas操作对ctl.get()的值进行加一
                     break retry;//跳出这个外循环
                 c = ctl.get();  // Re-read ctl
                 if (runStateOf(c) != rs)//当此时的线程池状态和之前的状态不等时
                     continue retry;//继续内循环
             }
         }
         //若进行到了此步操作，则表明工作线程数量加了1
         boolean workerStarted = false;
         boolean workerAdded = false;
         Worker w = null;
         try {
             w = new Worker(firstTask);
             final Thread t = w.thread;//该w.thread为worker内部新创建的thread
             if (t != null) {
                 final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
                 mainLock.lock();//开启锁
                 try {
                     //获取锁后，再次获取线程池的状态
                     int rs = runStateOf(ctl.get());
                     /*
                      *1、当线程池的状态处于shutdown以上状态，则直接释放锁，不启动线程，且执行addWorkerFailed方法
                          执行该方法的作用是使工作线程数量-1
                     */
                     if (rs < SHUTDOWN ||
                         (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                         if (t.isAlive()) // 创建的线程处于活跃状态，即被启动了，抛出异常
                             throw new IllegalThreadStateException();
                         workers.add(w);//workers是一个set集合
                         int s = workers.size();
                         if (s > largestPoolSize)//largestPoolSize默认为0，作用是记录set集合中的线程数量
                             largestPoolSize = s;
                         workerAdded = true;//改变该值，为了启动线程，且返回一个addWorker执行成功的状态
                     }
                 } finally {
                     mainLock.unlock();//释放锁
                 }
                 if (workerAdded) {
                     t.start();
                     workerStarted = true;
                 }
             }
         } finally {
             if (! workerStarted)
                 addWorkerFailed(w);
         }
         return workerStarted;
     }

总结:2017-11-12