【并发编程】ThreadPoolExecutor类

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ThreadPoolExecutor

1) 线程池状态

ThreadPoolExecutor 使用 int 的高 3 位来表示线程池状态，低 29 位表示线程数量

状态名	高三位	接受新任务	处理阻塞队列任务	说明
RUNNING	111	Y	Y
SHUTDOWN	000	N	Y	不会接受新任务，但会处理阻塞队列剩余任务
STOP	001	N	N	会中断正在执行的任务，并抛弃阻塞队列任务
TIDYING	010	-	-	任务全执行完毕，任务线程为0即进入终结
TERMINATED	011	-	-	终结状态

从数字上比较，TERMINATED > TIDYING > STOP > SHUTDOWN > RUNNING

这些信息存储在一个原子变量 ctl 中，目的是将线程池状态与线程个数合二为一（赋值合二为一），这样就可以用一次 cas 原子操作进行赋值

// c 为旧值， ctlOf 返回结果为新值
ctl.compareAndSet(c, ctlOf(targetState, workerCountOf(c))));
// rs 为高 3 位代表线程池状态， wc 为低 29 位代表线程个数，ctl 是合并它们
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

2) 构造方法

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, 
                            int maximumPoolSize, 
                            long keepAliveTime, 
                            TimeUnit unit, 
                            BlockingQueue workQueue,
                            ThreadFactory threadFactory,
                            RejectedExecutionHandler handler)

corePoolSize 核心线程数目 (最多保留的线程数)
maximumPoolSize 最大线程数目
keepAliveTime 生存时间 - 针对救急线程
unit 时间单位 - 针对救急线程
workQueue 阻塞队列
threadFactory 线程工厂 - 可以为线程创建时起个好名字
handler 拒绝策略

工作方式：

流程

线程池中刚开始没有线程，当一个任务提交给线程池后，线程池会创建一个新线程来执行任务。
当线程数达到 corePoolSize 并没有线程空闲，这时再加入任务，新加的任务会被加入workQueue 队列排队，直到有空闲的线程。
如果队列选择了有界队列，那么任务超过了队列大小时，会创建 maximumPoolSize - corePoolSize 数目的救急线程来救急。
如果线程到达 maximumPoolSize 仍然有新任务这时会执行拒绝策略。拒绝策略 jdk 提供了 4 种实现，其它著名框架也提供了实现
- AbortPolicy 让调用者抛出 RejectedExecutionException 异常，这是默认策略
- CallerRunsPolicy 让调用者运行任务
- DiscardPolicy 放弃本次任务
- DiscardOldestPolicy 放弃队列中最早的任务，本任务取而代之
- Dubbo 的实现，在抛出 RejectedExecutionException 异常之前会记录日志，并 dump 线程栈信息，方便定位问题Netty 的实现，是创建一个新线程来执行任务
- ActiveMQ 的实现，带超时等待（60s）尝试放入队列，类似我们之前自定义的拒绝策略
- PinPoint 的实现，它使用了一个拒绝策略链，会逐一尝试策略链中每种拒绝策略
当高峰过去后，超过corePoolSize 的救急线程如果一段时间没有任务做，需要结束节省资源，这个时间由keepAliveTime 和 unit 来控制。

根据这个构造方法，JDK Executors 类中提供了众多工厂方法来创建各种用途的线程池

3) newFixedThreadPool

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { 
            return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 
                                        0L, TimeUnit.MILLISECONDS, 
                                        new LinkedBlockingQueue());
    }

特点

核心线程数 == 最大线程数（没有救急线程被创建），因此也无需超时时间

阻塞队列是无界的，可以放任意数量的任务

评价：

适用于任务量已知，相对耗时的任务。

线程工厂的使用

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2, new ThreadFactory() {
    private AtomicInteger t=new AtomicInteger(1);

    @Override
    public Thread newThread(Runnable r) {

        return new Thread(r,"t"+t.getAndIncrement());

    }
});

4) newCachedThreadPool

public static ExecutorService newCachedThreadPool() { 
            return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 
                                            60L, TimeUnit.SECONDS, 
                                            new SynchronousQueue<Runnable>());
          }

特点

核心线程数是 0，最大线程数是 Integer.MAX_VALUE，救急线程的空闲生存时间是 60s，意味着
- 全部都是救急线程（60s 后可以回收）
- 救急线程可以无限创建
队列采用了 SynchronousQueue 实现特点是，它没有容量，没有线程来取是放不进去的（一手交钱、一手交货）

SynchronousQueue<Integer> integers = new SynchronousQueue<>();
new Thread(() -> {
    try {
        log.debug("putting {} ", 1);
        integers.put(1);
        log.debug("{} putted...", 1);
        log.debug("putting...{} ", 2);
        integers.put(2);
        log.debug("{} putted...", 2);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
},"t1").start();
sleep(1);
new Thread(() -> {
    try {
        log.debug("taking {}", 1);
        integers.take();
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
},"t2").start();
sleep(1);
new Thread(() -> {
    try {
        log.debug("taking {}", 2);
        integers.take();
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
},"t3").start();

输出

评价

整个线程池表现为线程数会根据任务量不断增加，没有上限，当任务执行完毕，空闲一分钟后释放线程。

适合任务数比较密集，但每个任务执行时间比较短的情况

5）newSingleThreadExecutor

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(){
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

使用场景

希望多个任务排队执行。线程数固定为 1，任务数多于 1 时，会放入无界队列排队。任务执行完毕，这唯一的线程也不会被释放。

区别：

自己创建一个单线程串行执行任务，如果任务执行失败而终止那么没有任何补救措施，而线程池还会新建一个线程，保证池的正常工作
Executors.newSingleThreadExecutor() 线程个数始终为1，不能修改
- FinalizableDelegatedExecutorService 应用的是装饰器模式，只对外暴露了 ExecutorService 接口，因此不能调用 ThreadPoolExecutor 中特有的方法
Executors.newFixedThreadPool(1) 初始时为1，以后还可以修改
- 对外暴露的是 ThreadPoolExecutor 对象，可以强转后调用 setCorePoolSize 等方法进行修改

6）提交任务

// 执行任务
void execute(Runnable command);

// 提交任务 task，用返回值 Future 获得任务执行结果 
<T> Future submit(Callable task);

// 提交 tasks 中所有任务 
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException;

// 提交 tasks 中所有任务，带超时时间 
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

// 提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消
 <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException, ExecutionException;
 
 // 提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消，带超时时间
 <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;

使用：

List<Future<Object>> futures = executorService.invokeAll(Arrays.asList(
        () -> {
            return "徐烁大美女";
        },
        () -> {
            return "赵菁大美女";
        }


));
for (Future<Object> future : futures) {
    System.out.println(future.get());
}
/*********************/
Object o = executorService.invokeAny(Arrays.asList(
        () -> {
            return "徐烁大美女";
        },
        () -> {
            return "赵菁大美女";
        }


));
System.out.println(o);

7) 关闭线程池

shutdown

/*线程池状态变为 SHUTDOWN
- 不会接收新任务
- 但已提交任务会执行完
- 此方法不会阻塞调用线程的执行：就是主线程调用后，会继续向下执行，不会等待其他线程执行完*/

void shutdown();

public void shutdown() { 
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; 
    mainLock.lock(); 
    try { 
        checkShutdownAccess(); 
        // 修改线程池状态 
        advanceRunState(SHUTDOWN); 
        // 仅会打断空闲线程 
        interruptIdleWorkers(); 
        onShutdown(); // 扩展点 ScheduledThreadPoolExecutor 
        } finally { 
        mainLock.unlock(); 
        } 
        // 尝试终结(没有运行的线程可以立刻终结，如果还有运行的线程也不会等) 
        tryTerminate();
   }

shutdownNow

/*线程池状态变为 STOP
- 不会接收新任务
- 会将队列中的任务返回
- 并用 interrupt 的方式中断正在执行的任务*/
List shutdownNow();

public List shutdownNow() {
    List tasks; 
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; 
    mainLock.lock(); 
    try { 
    checkShutdownAccess(); 
    // 修改线程池状态 
    advanceRunState(STOP); 
    // 打断所有线程 
    interruptWorkers(); 
    // 获取队列中剩余任务 
    tasks = drainQueue(); 
    } finally {
         mainLock.unlock(); 
  } 
      // 尝试终结 
      tryTerminate();
       return tasks;
   }

其它方法

// 不在 RUNNING 状态的线程池，此方法就返回 
trueboolean isShutdown();
// 线程池状态是否是 TERMINATED
boolean isTerminated();
// 调用 shutdown 后，由于调用线程并不会等待所有任务运行结束，因此如果它想在线程池 TERMINATED 后做些事情，可以利用此方法等待
boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) 
                        throws InterruptedException;