线程池ThreadPoolExecutor中线程的创建与销毁

我们知道线程池是通过复用线程来实现的,那么在线程池中,线程是怎么创建与销毁的呢?我们通过源码来一探究竟。

给线程池添加一个任务是通过execute方法来实现的,那我们就从这个方法入手:

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    int c = ctl.get();
    //当前线程数小于核心线程数——新建核心线程
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    //当前线程数大于或等于核心线程数,且线程池处于Running状态——任务加入队列
    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);
    }
    //队列添加失败(队列满了)——新增非核心线程
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
}

参考代码及注释,在execute方法中,针对欲执行的任务command会有3种处理方法:(按照顺序对应代码中标红部分)

1、新增核心线程执行

2、添加到任务队列

3、新增非核心线程执行

线程池中线程的创建就在addWorker方法中:

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
    retry:
    for (;;) {
        int c = ctl.get();
        int rs = runStateOf(c);

        // Check if queue empty only if necessary.
        if (rs >= SHUTDOWN &&
            ! (rs == SHUTDOWN &&
                firstTask == null &&
                ! workQueue.isEmpty()))
            return false;

        for (;;) {
            int wc = workerCountOf(c);
            if (wc >= CAPACITY ||
                wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                return false;
            if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                break retry;
            c = ctl.get();  // Re-read ctl
            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;
    try {
        w = new Worker(firstTask);
        final Thread t = w.thread;
        if (t != null) {
            final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
            mainLock.lock();
            try {
                // Recheck while holding lock.
                // Back out on ThreadFactory failure or if
                // shut down before lock acquired.
                int rs = runStateOf(ctl.get());

                if (rs < SHUTDOWN ||
                    (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                    if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
                        throw new IllegalThreadStateException();
                    workers.add(w);
                    int s = workers.size();
                    if (s > largestPoolSize)
                        largestPoolSize = s;
                    workerAdded = true;
                }
            } finally {
                mainLock.unlock();
            }
            if (workerAdded) {
                t.start();
                workerStarted = true;
            }
        }
    } finally {
        if (! workerStarted)
            addWorkerFailed(w);
    }
    return workerStarted;
}

在线程池中,线程的表现形式为一个Worker类(实现了Runnable接口,并在构造函数中实例化了一个任务为自己this的线程),当成功创建一个Worker对象之后,会启动运行自己的线程,也就是说新创建的线程进入了工作状态。

在addWorker方法中有一个core参数用来区分是核心线程还是非核心线程,但是仅在第一处标红的地方使用到,作用就是用来判断当前线程池是否满载(核心线程满载依据为最大核心线程是;非核心线程满载依据为最大线程数)。也就是说,在线程池中,核心线程和非核心线程本质上没有任何区别。那么核心线程是如何做到完成任务后不被销毁,而非核心线程完成任务后就会被销毁呢?继续往下看。

经过上述操作。我们已经创建了一个线程并启动了他,而具体执行业务逻辑的代码则在Worker对象中的run方法,run方法最终调用runWorker方法:

final void runWorker(Worker w) {
    Thread wt = Thread.currentThread();
    Runnable task = w.firstTask;
    w.firstTask = null;
    w.unlock(); // allow interrupts
    boolean completedAbruptly = true;
    try {
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {
            w.lock();
            // If pool is stopping, ensure thread is interrupted;
            // if not, ensure thread is not interrupted.  This
            // requires a recheck in second case to deal with
            // shutdownNow race while clearing interrupt
            if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                    (Thread.interrupted() &&
                    runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                !wt.isInterrupted())
                wt.interrupt();
            try {
                beforeExecute(wt, task);
                Throwable thrown = null;
                try {
                    task.run();
                } catch (RuntimeException x) {
                    thrown = x; throw x;
                } catch (Error x) {
                    thrown = x; throw x;
                } catch (Throwable x) {
                    thrown = x; throw new Error(x);
                } finally {
                    afterExecute(task, thrown);
                }
            } finally {
                task = null;
                w.completedTasks++;
                w.unlock();
            }
        }
        completedAbruptly = false;
    } finally {
        processWorkerExit(w, completedAbruptly);
    }
}

通过代码可以看到,在runWorker方法中,线程第一次会将创建时的构造参数firstTask赋值给task,并调用task的run方法。接下来会循环从getTask方法中继续获取task并调用task的run方法直到task为null停止

所以线程池创建的线程会经历如下状态:创建——工作——工作——n次工作——无工作可做——结束(销毁)

也就是说线程池中的线程不是被动销毁的,而是线程自己本身发现无任务可做之后,整个生命周期自然而然的结束。到这里已经解释了非核心线程执行完任务之后的销毁操作,那么核心线程执行完任务之后是如何保持不销毁的呢?秘密就在于getTask方法中:

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);

        // Are workers subject to culling?
        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();
            if (r != null)
                return r;
            timedOut = true;
        } catch (InterruptedException retry) {
            timedOut = false;
        }
    }
}

在getTask方法中,通过allowCoreThreadTimeOut与当前线程数及核心线程数等配置获取一个布尔值timed,这个值就是用来控制线程超时时间的标记。

当timed为true时,会通过阻塞队列来实现线程的阻塞从而达到线程不销毁的目的;当timed为false时,则不会阻塞,此时如果获取到task为null,则线程自然结束销毁。

总结:

1、线程池是由一堆线程+阻塞队列组成。可以类比成MQ系统,线程就是消费者、阻塞队列就是MQ、execute方法就是生产者。

2、线程池中虽然有核心线程和非核心线程之分,但是本质上是没有区别的。线程最终是阻塞等待任务还是销毁取决于当前线程在getTask方法时刻线程池整体的状态。也就是说一个线程是核心线程还是非核心线程是不确定的。

3、线程池中线程的销毁不是线程池来销毁的,而是线程本身的行为,线程从创建开始就一直工作,直到无任务可工作之后会由getTask方法的阻塞状态来决定销毁(非核心线程)还是阻塞(核心线程)。

参考资料:

阻塞队列LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue的异同

https://www.cnblogs.com/wqff-biubiu/p/12252975.html

https://www.cnblogs.com/wqff-biubiu/p/12589450.html

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