java jstack 线程数 jdk线程池工作流程

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IT狼人9号 2023-10-04 22:12:09

文章标签 java jstack 线程数 java 开发语言线程池阻塞队列 文章分类 Java 后端开发

jdk 线程池任务提交流程&&任务执行机制

任务提交机制
任务调度
线程池任务执行流程

任务提交机制

线程池执行任务主要有两种方式：execute()、submit()

注意：execute() 执行任务时，如果有异常没有被捕获会直接抛出

submit() 执行任务时，会吞并异常，除非调用get() 获取计算结果，当抛出异常时会捕获异常

Executors （内部使用AbstractExecutorService的子类DelegatedExecutorService）：

执行execute()，最终是调用ThreadPoolExecutor的execute方法
执行submit()，会通过newTaskFor创建FutureTask，最终还是执行ThreadPoolExecutor的execute方法

很明显，线程池调用execute()最终调用ThreadPoolExecutor的execute()传入的是runnable，而线程池调用submit()最终也会调用ThreadPoolExecutor的execute()，但是传入的是FutureTask，FutrueTask内部维护了callable（执行任务，产生结果）、state通过cas保证线程安全，FutrueTask实现了RunnableFuture接口，而该接口又继承了Runnable（使得FutrueTask能够被线程调度）、继承Future（get()得到获取callable任务的计算结果，cancel()取消）

public interface Executor {
    void execute(Runnable command);
}

public interface ExecutorService extends Executor {}

public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService {}

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {}

我们自己创建的ThreadPoolExecutor 继承 AbstractExecutorService ，AbstractExecutorService 实现 Executor，所以ThreadPoolExecutor可以调用execute，执行Runnable接口，但是如果想要能够返回异步线程的执行结果，捕获异步任务的异常，就得借助FutureTask，通过调用submit返回的Future的get()获取callable()的计算结果

所以就出现了ExecutorService

public interface ExecutorService extends Executor {
  // 传入Callable
	<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
  // 传入Runnable，并且直接给出当前submit执行任务后的返回值
  <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
  
  Future<?> submit(Runnable task);
  
  <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
        throws InterruptedException;
  
  ......
}

手动传入个result，在调用call()直接返回的就是传入的result

static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> {
        final Runnable task;
        final T result;
        RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
            this.task = task;
            this.result = result;
        }
        public T call() {
            task.run();
            return result;
        }
    }

但是不论是调用execute() 还是 submit()最终都会把Runnable或者Callable通过newTaskFor()封装成FutureTask，并把引用赋给RunnableFuture

newTaskFor() 创建的是FutureTask，内部通过维护state（cas）保证线程安全，如果传递过来的runnable和结果则会创建RunnableAdapter（实现了Callable接口）

protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) {
  return new FutureTask<T>(runnable, value);
}
protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {
  return new FutureTask<T>(callable);
}

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {
  public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
    this.callable = Executors.callable(runnable, result);
    this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
  }
}

static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> {
  final Runnable task;
  final T result;
  RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
    this.task = task;
    this.result = result;
  }
  public T call() {
    task.run();
    return result;
  }
}

public Future<?> submit(Runnable task) {
  if (task == null) throw new NullPointerException();
  RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
  execute(ftask);
  return ftask;
}

执行FutureTask类的get方法时，会把主线程封装成WaitNode节点并保存在waiters链表中，并阻塞等待运行结果；

FutureTask任务执行完成后，通过UNSAFE设置waiters相应的waitNode为null，并通过LockSupport类unpark方法唤醒主线程

在实际业务场景中，Future和Callable基本是成对出现的，Callable负责产生结果，Future负责获取结果。

Callable接口类似于Runnable，只是Runnable没有返回值。
Callable任务除了返回正常结果之外，如果发生异常，该异常也会被返回，即Future可以拿到异步执行任务各种结果；
Future.get方法会导致主线程阻塞，直到Callable任务执行完成；

任务调度

1.首先检查线程池的运行状态，如果不是RUNNING,则直接拒绝，线程池要保证在RUNNING状态下执行任务
2.如果workCount < corePoolSize,则创建并启动一个线程来执行新提交的任务
3.如果workCount > corePoolSize 且线程池中阻塞队列未满，则任务添加到阻塞队列中
4.如果workCount > corePoolSize && workCount < maximumPoolSize 且线程池的阻塞队列已经满了，则创建并且启动一个线程来执行新的任务，
5.如果workCount > maximumPoolSize,并且线程池的队列已经满了，则根据拒绝策略来处理该任务；默认的方式是直接抛出异常

核心代码

public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        int c = ctl.get();
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {  // 当前工作线程数是否设定的核心线程数小于核心线程数
            if (addWorker(command, true)) // 创建核心线程执行任务
                return;
            c = ctl.get();
        }
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { // 当前工作线程数大于核心线程数（可能核心线程数满了，或者设定的初始核心线程数为0）
          // 如果创建的线程池的阻塞队列能够把当前任务入队（阻塞队列容量未满，或者创建的是SynchronousQueue，容量为0）
            int recheck = ctl.get();
            if (! isRunning(recheck) && remove(command)) // 如果线程被shutdown，则把刚才入队的任务移出队列，走拒绝策略
                reject(command);
            else if (workerCountOf(recheck) == 0) // 检查当前创建线程数，如果等于0则直接创建线程并在阻塞度列中取任务去执行，此时创建线程要跟最大线程数比较
                addWorker(null, false);
        }
        else if (!addWorker(command, false)) // 判断是否达到最大线程数（如果创建的是newCachedThreadPool，创建出来的线程都是救急线程，会让创建出来的线程去执行当前任务）
          // 达到最大线程数走拒绝策略
            reject(command);
    }

线程池任务执行流程

execute –> addWorker –>runworker (getTask)

1、如果当前线程池中创建线程的个数小于核心线程数，则addWorker(command, true)，command为runnable，true代表创建worker时比较的是核心线程数，false比较的是最大线程数；

new Worker(firstTask)；firstTask为runnable，在worker的构造方法中，完成对成员变量runnable、thread的赋值，runnable就是firstTask，通过threadfactory创建的thread传入的runable参数就是worker本身，注意woker类实现runnable接口；
从现在开始才是真正执行任务，从woker中取出成员变量thread，让该线程处于就绪状态（start()），执行worker的run方法，调用的是worker中的runWorker(this)，传递当前对象的引用（还是woker），最终调用的是前面创建worker时传入的firstTask(worker.firstTask)；
firstTask执行完以后，通过getTask方法从阻塞队列中获取等待的任务，如果队列中没有任务，getTask方法会被阻塞并挂起，不会占用cpu资源；

2、如果当前线程池中创建线程的个数大于核心线程数，则判断 workQueue.offer(command) 该任务是否能够入队如果能够顺利入队，（注意这个入队入的是我们创建线程池指定的队列，比如说LinkedBlockingQueue），会在判断一次线程池状态：