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Java线程(八)：ThreadPoolExecutor、RejectedExecutionHandler

ThreadPoolExecutor

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService

  1. 线程池可以解决两个不同问题：由于减少了每个任务调用的开销，它们通常可以在执行大量异步任务时提供增强的性能，并且还可以提供绑定和管理资源（包括执行任务集时使用的线程）的方法。
  2. 每个 ThreadPoolExecutor 还维护着一些基本的统计数据，如完成的任务数。
  3. 一个 ExecutorService，它使用可能的几个池线程之一执行每个提交的任务，通常使用 Executors 工厂方法配置。

构造方法

用给定的初始参数创建新的 ThreadPoolExecutor。

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

构造方法参数解释：

  • corePoolSize

池中所保存的线程数，包括空闲线程。

  • maximumPoolSize

池中允许的最大线程数。

  • keepAliveTime

当线程数大于核心时，此为终止前多余的空闲线程等待新任务的最长时间。

  • unit

keepAliveTime 参数的时间单位。

  • workQueue

执行前用于保持任务的队列。此队列仅保持由 execute 方法提交的 Runnable 任务。

  • threadFactory

执行程序创建新线程时使用的工厂。
默认DefaultThreadFactory，创建普通的优先级为5且非守护的线程。

  • handler

由于超出线程范围和队列容量而使执行被阻塞时所使用的处理程序。
默认AbortPolicy，处理程序遭到拒绝将抛出运行时 RejectedExecutionException。

常见方法

  • void execute(Runnable command)

在将来某个时间执行给定任务。可以在新线程中或者在现有池线程中执行该任务。 如果无法将任务提交执行，或者因为此执行程序已关闭，或者因为已达到其容量，则该任务由当前 RejectedExecutionHandler 处理。

    public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {
            if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {
                if (runState != RUNNING || poolSize == 0)
                    ensureQueuedTaskHandled(command);
            }
            else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))
                reject(command); // is shutdown or saturated
        }
    }

其中通过Thread t = threadFactory.newThread(w)将command实例化成线程。 workers.add( new Worker(command))将command放入到HashSet workers存储的工作线程集合中，command执行完毕后 workers.remove(w);

  • void shutdown()

按过去执行已提交任务的顺序发起一个有序的关闭，但是不接受新任务。如果已经关闭，则调用没有其他作用。

public void shutdown() {
	SecurityManager security = System.getSecurityManager();
	if (security != null)
            security.checkPermission(shutdownPerm);

        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            if (security != null) { // Check if caller can modify our threads
                for (Worker w : workers)
                    security.checkAccess(w.thread);
            }

            int state = runState;
            if (state < SHUTDOWN)
                runState = SHUTDOWN;

            try {
                for (Worker w : workers) {
                    w.interruptIfIdle();
                }
            } catch (SecurityException se) { // Try to back out
                runState = state;
                // tryTerminate() here would be a no-op
                throw se;
            }

            tryTerminate(); // Terminate now if pool and queue empty
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
}
  • shutdownNow

尝试停止所有的活动执行任务、暂停等待任务的处理，并返回等待执行的任务列表。在从此方法返回的任务队列中排空（移除）这些任务。
并不保证能够停止正在处理的活动执行任务，但是会尽力尝试。

public List<Runnable> shutdownNow() {
	SecurityManager security = System.getSecurityManager();
	if (security != null)
            security.checkPermission(shutdownPerm);

        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            if (security != null) { // Check if caller can modify our threads
                for (Worker w : workers)
                    security.checkAccess(w.thread);
            }

            int state = runState;
            if (state < STOP)
                runState = STOP;

            try {
                for (Worker w : workers) {
                    w.interruptNow();
                }
            } catch (SecurityException se) { // Try to back out
                runState = state;
                // tryTerminate() here would be a no-op
                throw se;
            }

            List<Runnable> tasks = drainQueue();
            tryTerminate(); // Terminate now if pool and queue empty
            return tasks;
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
    }

shutdown及shutdownNow关闭任务的实现均是通过 Thread.interrupt() 取消任务，所以无法响应中断的任何任务可能永远无法终止。

  • poolSize与构造函数中几个参数的关系

poolSize：当前运行的线程。

  1. 新任务提交时，若poolSize < corePoolSize，创建新线程来处理请求，即使其他辅助线程是空闲的。
  2. 若poolSize > corePoolSize，且poolSize < maximumPoolSize，workQueue未满，放入workQueue中，等待线程池中任务调度执行。
  3. 如果运行的线程多于 corePoolSize 而少于 maximumPoolSize，则仅当队列满时才创建新线程。
  4. 若workQueue已满且运行线程等于maximumPoolSize时，新提交任务由RejectedExecutionHandler处理 。
  5. 当线程池中超过corePoolSize线程，空闲时间达到keepAliveTime时，关闭空闲线程 。
  6. 当设置allowCoreThreadTimeOut(true)时，线程池中corePoolSize线程空闲时间达到keepAliveTime也将关闭。

排队
所有 BlockingQueue 都可用于传输和保持提交的任务。可以使用此队列与池大小进行交互：

  1. 如果运行的线程少于 corePoolSize，则 Executor 始终首选添加新的线程，而不进行排队。
  2. 如果运行的线程等于或多于 corePoolSize，但又小于maximumPoolSize，则 Executor 始终首选将请求加入队列，而不添加新的线程。
  3. 如果无法将请求加入队列，则创建新的线程，除非创建此线程超出 maximumPoolSize，在这种情况下，由RejectedExecutionHandler处理。

排队有三种通用策略：

  1. 直接提交。工作队列的默认选项是 SynchronousQueue，它将任务直接提交给线程而不保持它们。
  2. 无界队列。使用无界队列将导致在所有 corePoolSize 线程都忙时新任务在队列中等待。
  3. 有界队列。当使用有限的 maximumPoolSizes 时，有界队列（如 ArrayBlockingQueue）有助于防止资源耗尽，但是可能较难调整和控制。

当 Executor 已经关闭，并且 Executor 将有限边界用于最大线程和工作队列容量，且已经饱和时，在方法 execute(java.lang.Runnable) 中提交的新任务将被 拒绝，由RejectedExecutionHandler处理。

从源码看出，AbstractExecutorService提供submit、newTaskFor、invokeAny的默认实现，而ThreadPoolExecutor主要关注提交任务的处理，execute及shutdown。
通俗地理解：提交任务由AbstractExecutorService负责，处理提交请求及提交后线程任务的执行由ThreadPoolExecutor负责。
利用ReentrantLock保证线程同步安全， mainLock.newCondition()实现线程阻塞与唤醒。

其实这其中经常有大家忽视的两点：
（1）线程池初始化时，alive线程数多少？
这里就要看你如何使用线程池，默认线程池中没有任何线程，在execute or submit时才创建线程执行任务。
ThreadPoolExecutor还有一种显式创建：prestartCoreThread（）创建一个核心线程 or 创建所有核心线程数prestartAllCoreThreads（）。

    //显式创建单个核心线程
    public boolean prestartCoreThread() {
        return workerCountOf(ctl.get()) < corePoolSize &&
            addWorker(null, true);
    }
    //显式创建所有核心线程
    public int prestartAllCoreThreads() {
        int n = 0;
        while (addWorker(null, true))
            ++n;
        return n;
    }

其实在内嵌的tomcat-embed-core核心包中，已经显式创建所有核心线程：
这里写图片描述
（2）线程池执行完任务后，又是如何保证核心线程处于alive状态的？
线程池每次添加成功任务时，都会初始化一个Worker。

  //ThreadPoolExecutorb内部工作任务，对excute or submit 的任务进行了包装
   Worker(Runnable firstTask) {
        setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
        this.firstTask = firstTask;
        this.thread = getThreadFactory().newThread(this);//本行作用相当于new Thread(firstTask)
   }

这里写图片描述
t.start()实际运行的是Worker类中run()->runWorker()->getTask()

    private Runnable getTask() {
        boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?
        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            int rs = runStateOf(c);
            // Check if queue empty only if necessary.
            if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
                decrementWorkerCount();
                return null;
            }
            int wc = workerCountOf(c);
            // 判断workers是否需要剔除，即是否需要保证core thread alive
            boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
            if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
                && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
                if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
                    return null;
                continue;
            }
            try {
                Runnable r = timed ?
                    workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
                    workQueue.take();
                    //上述代码就保证了core thread是带有超时时间，还是一直阻塞等待任务
                if (r != null)
                    return r;
                timedOut = true;
            } catch (InterruptedException retry) {
                timedOut = false;
            }
        }
    }

RejectedExecutionHandler

public interface RejectedExecutionHandler

无法由 ThreadPoolExecutor 执行的任务的处理程序。

public interface RejectedExecutionHandler {

    /**
     * 当 execute 不能接受某个任务时，可以由 ThreadPoolExecutor 调用的方法。
     */
    void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor);
}

ThreadPoolExecutor定义了四种：

  1. ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：拒绝并抛出RejectedExecutionException。
  2. ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：拒绝但在调用者的线程中直接执行该任务。
  3. ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy ：拒绝但不做任何动作。
  4. ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：如果执行程序尚未关闭，则位于工作队列头部的任务将被删除，然后重试执行程序（如果再次失败，则重复此过程）。

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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