java ThreadPoolExecutor初探

导读：线程池是开发中使用频率比较高的组件之一，但是又有多少人真正了解其内部机制呢。

关键词：线程池

前言

线程池是大家开发过程中使用频率比较高的组件之一，但是其内部原理又有多少人真正清楚呢。最近抽时间去了解了一下其内部实现细节，感觉略有收获，遂以ThreadPoolExecuter为例将自己的心得体会分享出来和大家一起交流，如有不妥之处，烦请大家积极指正。

我的疑问

执行任务的工作机制是怎样的？
是什么时机清理空闲线程的？
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy 什么场景下会用到？
线程池终止的时候都做了什么？（过两天补上）

问题1-执行任务的工作机制是怎样的？

开始之前，我先试图用一个真实的场景来描述一下，2015年我们公司boss开始创立公司，创立初期公司业务比较少，他一个人(corePoolSize=1)干的有条不紊，有声有色的，没过多久，业务量上来了，他一个人干不过来，分身乏力，那怎么办呢？其实很简单，排队呗，就这样boss将待办的任务都添加到备忘录(BlockIngQueue)里面，boss又开始愉快的工作，但是客户的耐心终归有限，过了几天发现自己交给我们公司的业务还没完成，客户一气之下打电话给boss“我的活你干完没有，没干的话就停下来（shutdown/shutdownNow）吧，我找别人了”，这时候boss慌了，默默的点上一根烟，在网上发了招聘通知，就这样干活的人又多了起来（addWorker），公司在boss的带领下风生水起，就这样不知不觉中公司走过了五个年头，本以为可以大干一场的我们，却偏偏赶上了2020年的新冠，复工日期一拖再拖，客户需求一少再少，唯独公司养的员工没少，这是公司目前最大的开支了。长痛不如短痛，boss下发了一个政策，如果员工本月(keepAliveTime=一个月)kpi完不成，假定kpi为“单月完成任务数大于0“，那么就会被淘汰（空闲线程被清理），最后撑了两个月，公司又回到解放前，boss又成了光杆司令。

文字描述

提交任务步骤1：启动核心工作线程

触发条件：工作线程数小于核心线程数

步骤描述：启动核心工作线程，并将任务作为工作线程的firstTask，如果启动失败会走到“提交任务步骤2”

提交任务步骤2：往阻塞队列中堆积任务

触发条件：工作线程数大于核心线程数

步骤描述：尝试将任务堆积到队列中，如果堆积失败，会走到“提交任务步骤3”。如果堆积成功会做两个双重检查，分别是状态的检查和工作线程数的检查，如果状态不合法就尝试删除刚添加成功的任务，删除成功调用reject方法（为什么删除失败不需要调用reject方法呢？因为删除失败意味着task已经被处理过了，不能谎报军情）；如果工作线程数等于0就补充工作线程，什么情况下工作线程会变成0呢，后面会单独说这个问题

提交任务步骤3：启动工作线程

触发条件：核心线程数已达到线程池设定的阈值corePoolSize而且队列里已经堆积不了了

步骤描述：尝试启动工作线程，如果这时候启动失败就调用reject方法通知调用者

时序图描述

问题2-是什么时机清理空闲线程的？

我们先来回顾下线程的运行状态，如下图：

回到我们的问题，只需要让“空闲线程真的空闲下来”它自然就被清理了，那怎么能让它真的闲下来呢。前面时序图的第5步我提到worker会一直循环从BlockingQueue里面获取task执行，如果没有task返回给worker，那说明它真的是闲了（getTask返回null，意味着会退出while循环，很快worker的run方法就执行结束，线程从RUNNABLE到TERMINATED），它需要自己退出历史的长河中了，纵使它曾经立下汗马功劳，但是谁让它不是核心人员呢（你处于corePoolSize之外），让我们读一下getTask的代码：

private Runnable getTask() {

       //标记位，获取任务是否超时

        boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?

        for (;;) {

            int wc = workerCountOf(c);//worker的数量

            // 标记位，可以简单理解为是否允许超时回收，允许的条件为allowCoreThreadTimeOut（是否允许核心线程被回收）或者worker的数量大于核心线程数

            boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;

            //满足以下几个条件时会返回null，1.worker的数量大于最大线程池的数量；
                                        2.允许超时回收(timed==true)&&上一次获取任务超时(timedOut==true)&&当前没有堆积任务(workQueue.isEmpty)，说明worker确实空闲了

            if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))

                && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {

                if (compareAndDecrementWorkerCount(c))

                    return null;

                continue;

            }

            try {

               //如果允许超时回收就使用poll，否则使用take

                Runnable r = timed ?

                    workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :

                    workQueue.take();

                if (r != null)

                    return r;

                //poll结束，队列中当时没有任务，将timedOut置为true，下一趟循环时会满足回收的第二个条件，getTask返回null

                timedOut = true;

            } catch (InterruptedException retry) {

                timedOut = false;

            }

        }

    }

问题3-ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy 什么场景下会用到？

前面我们提到，如果线程池的处理能力已经饱和，那么就会调用reject方法执行RejectedExecutionHandler，jdk已经为我们提供了四种拒绝策略，分别是AbortPolicy，DiscardOldestPolicy，DiscardPolicy，CallerRunsPolicy，前三种都好理解，简单来说就是丢弃，唯独最后一种我想了好久没想到使用场景，前不久在看同事代码的时候发现他有用到这个策略，来达到一种限流的效果，简单画个流程图说明一下逻辑：

DelayQueuePollingTask负责定时从数据库拉取延迟队列，然后封装成task扔到线程池去执行，task使用httpclient向isv推送数据，由于isv的服务吞吐量比较低，经常会触发超时，进而导致线程池被跑满，为了让DelayQueuePollingTask可以感知到线程池处于饱和状态，而且又不至于它空等待，所以使用了CallerRunsPolicy这个策略，当线程池满负荷的时候由DelayQueuePollingTask所在的线程负责执行task。

总结

上周末带着自己之前使用线程池过程中的一些疑问学习了一下ThreadPoolExecutor源码，虽说没有完全吃透，但也带给自己不少收获，在这里将自己的思考过程分享出来，但愿能帮到一部分人。

如果觉得有用，请点个推荐。