Java 深入理解线程池

一、Java 中的线程池
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

    // runState is stored in the high-order bits
    private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
    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;

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线程池状态和线程池中线程的数量由一个原子整型ctl来共同表示

    使用一个数来表示两个值的主要原因是：可以通过一次CAS同时更改两个属性的值

    // 原子整数，前3位保存了线程池的状态，剩余位保存的是线程数量
    private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
    
    //去掉前三位保存线程状态的位数，剩下的用于保存线程数量
    private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;

    // 2^COUNT_BITS次方，表示可以保存的最大线程数
    private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;

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获取线程池状态、线程数量以及合并两个值的操作

    // Packing and unpacking ctl
    
    // 传入 ctl 值 获取运行状态 该操作会让除高3位以外的数全部变为0
    private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }

    // 传入 ctl 值 获取运行线程数  该操作会让高3位为0
    private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }

    // 传入 rs 运行状态 wc 线程数量 计算ctl新值
    private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

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2. 线程池主要属性参数

    //阻塞队列，用于存放来不及被核心线程执行的任务
    private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;
    
    // 全局锁，解决创建销毁线程等线程安全问题
    private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();

    // 用于存放核心线程的容器，只有当持有锁时才能够获取其中的元素
    private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();

    //线程工厂，给线程取名字
    private volatile ThreadFactory threadFactory;

    // 拒绝执行处理器 处理拒绝策略
    private volatile RejectedExecutionHandler handler;

    // 救急线程（或者核心线程）空闲时的最大生存时间
    private volatile long keepAliveTime;

    // 核心线程数
    private volatile int corePoolSize;

    // 最大线程数 
    // 最大线程数 － 核心线程数 = 九级线程数
    private volatile int maximumPoolSize;

    // 默认拒绝策略
    private static final RejectedExecutionHandler defaultHandler =
        new AbortPolicy();

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    corePoolSize ： （核心线程数量），如果调用了线程池的 prestartAllCoreThreads( ) 方法，线程池会提前创建并启动所有基本线程，否则是懒惰创建
    workQueue：用于保存等待执行的任务的阻塞队列。可以选择以下几个具体实现
        ① ArrayBlockingQueue：是一个基于数组的有界阻塞队列，按FIFO（先进先出原则）排序。新任务进来后，会放到该队列的队尾，有界的数组可以防止资源耗尽问题。
        ② LinkedBlockingQuene：基于链表的无界阻塞队列（其实最大容量为Interger.MAX），按照FIFO排序。由于该队列的近似无界性，当线程池中线程数量达到corePoolSize后，再有新任务进来，会一直存入该队列，而不会去创建新线程直到maxPoolSize，因此使用该工作队列时，参数maxPoolSize其实是不起作用的。吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue 。静态工厂方法 Executors.newFixedThreadPool( ) 使用了该队列
        ③ SynchronousQuene 是一个不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQuene ，静态工厂方法 Executors.newCachedThreadPool() 用的是此队列
        ④ PriorityBlockingQueue：具有优先级的无界阻塞队列，优先级通过参数Comparator实现。
    maximumPoolSize：线程池最大线程数量，包括了核心线程数量和救急线程数量
    threadFactory：线程工厂，可以给线程设置名字等
    handler：拒绝执行处理器 处理拒绝策略 在处理过程中具体讲解
    keepAliveTime：线程活动保持时间，线程池工作线程空闲后，保持存活的时间，所以，如果任务很多，并且每个任务执行时间很多，可以调大存活时间，提高线程利用率
    unit：空闲线程存活时间单位

3. 线程池的实现原理
3.1 ThreadPoolExecutor 线程池主要处理流程

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    使用者 发布任务
    如果当前运行的线程少于 核心线程数（corePoolSize），则创建新线程来执行任务（这一步需要获得全局锁，不然会引发线程安全问题）
    如果运行的线程等于或者大于corePoolSize 则将任务加入阻塞队列（BlockQueue）
    如果BlockQueue 已满，无法将任务加入队列，则创建新线程来处理任务（这同样需要获得全局锁）
        此处就用到救急线程，其数量就是最大线程数减去核心线程数的数量
    如果创建新线程使当前运行的线程超出maximumPoolSize 任务将被拒绝，并调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) 方法

        拒绝策略 jdk 提供了 4 种实现
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        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
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