并发编程之线程池ThreadPoolExecutor分析上

目录

线程池

内置线程池

自定义线程池

线程池执行任务的方式

线程池的五种状态

线程池中线程的关闭

线程池源码的基础属性

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线程池

线程池可以分为两种主要类型：内置线程池和自定义线程池。

内置线程池

1. FixedThreadPool（固定大小线程池）

使用Executors.newFixedThreadPool(int n)创建，其中n是池中线程的数量。
固定大小，适用于处理固定数量的任务。

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);

2. CachedThreadPool（缓存线程池）

使用Executors.newCachedThreadPool()创建。
处理大量的短期异步任务，可以根据需要创建新线程，但会重用之前构造的线程。

ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();

3. SingleThreadExecutor（单线程线程池）

使用Executors.newSingleThreadExecutor()创建。
只有一个线程的线程池，适用于按顺序执行任务的场景。

ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();

4. ScheduledThreadPool（定时线程池）

使用Executors.newScheduledThreadPool(int corePoolSize)创建，其中corePoolSize是池中线程的数量。
用于执行定时任务或者周期性任务。

ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(3);

自定义线程池

可以通过ThreadPoolExecutor类来自定义线程池。自定义线程池可以更灵活地配置线程池的各种参数。

import java.util.concurrent.*;

public class CustomThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        int corePoolSize = 5;
        int maxPoolSize = 10;
        long keepAliveTime = 5000; // 5 seconds

        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
                corePoolSize,
                maxPoolSize,
                keepAliveTime,
                TimeUnit.MILLISECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>()
        );

        // 使用 executor 执行任务
        executor.execute(() -> System.out.println("Executing task"));

        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
    }
}

corePoolSize是线程池的基本大小，maxPoolSize是线程池的最大大小，keepAliveTime是线程在没有任务执行时可以保持存活的时间。

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线程池执行任务的方式

       两种主要的方法来提交任务：execute 方法和 submit 方法。这两种方法都用于将任务提交给线程池执行，它们在返回结果和异常处理上有一些区别。

1. execute 方法

execute方法是ThreadPoolExecutor类的基础方法，用于提交不需要返回结果的任务。

void execute(Runnable command);

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
        corePoolSize,
        maxPoolSize,
        keepAliveTime,
        TimeUnit.MILLISECONDS,
        new LinkedBlockingQueue<>()
);

executor.execute(() -> {
    // 任务的执行逻辑
    System.out.println("Executing task");
});

// 关闭线程池
executor.shutdown();

使用execute方法提交的任务是Runnable类型的，它不能返回结果。

2. submit 方法

submit方法允许提交需要返回结果的任务，并且可以通过Future对象获取任务的执行结果。

 Future submit(Callable task);
Future submit(Runnable task);

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
        corePoolSize,
        maxPoolSize,
        keepAliveTime,
        TimeUnit.MILLISECONDS,
        new LinkedBlockingQueue<>()
);

Future future = executor.submit(() -> {
    // 任务的执行逻辑
    return "Task completed";
});

// 获取任务执行结果
try {
    String result = future.get();
    System.out.println("Result: " + result);
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
}

// 关闭线程池
executor.shutdown();

实际上submit方法中还是调用的execute方法

    public  Future submit(Callable task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture ftask = newTaskFor(task);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }

线程池的五种状态

线程池在ThreadPoolExecutor类中有五种状态，这些状态通过ctl（控制状态的变量）字段表示。

1. RUNNING（运行）
        线程池处于正常运行状态。
        当线程池被创建并且execute方法被调用时，线程池会转换到这个状态。
2. SHUTDOWN（关闭）
        不再接受新任务，但会执行已经在队列中的任务。
        当调用 shutdown() 方法时，线程池会进入这个状态。
3. STOP（停止）
        不再接受新任务，不执行队列中的任务，并且中断正在执行的任务。
        当调用 shutdownNow() 方法时，线程池会进入这个状态。
4. TIDYING（整理）
        所有的任务已经终止，ctl 计数为零时，线程池会从 STOP 状态转换到 TIDYING 状态。
        在转换到 TERMINATED 状态之前，线程池会执行一些清理操作。
5. TERMINATED（终止）
        线程池彻底终止，不再处于任何活动状态。
        在执行完整个生命周期后，线程池会进入这个状态。

       这些状态是通过 ctl字段使用位运算进行控制的。ctl是一个AtomicInteger类型的字段，通过 CAS操作来保证线程安全。

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线程池中线程的关闭

        Thread类提供了一个stop()，但是标记了@Deprecated，因为stop()方法太粗暴了，一旦调用了stop()，就会直接停掉线程，但是调用的时候根本不知道线程刚 刚在做什么，stop()会释放线程占用的synchronized锁（不会自动释放ReentrantLock锁）

       线程池中就是通过interrupt()来停止线程的，比如shutdownNow()方法中会调用

        void interruptIfStarted() {
            Thread t;
            if (getState() >= 0 && (t = thread) != null && !t.isInterrupted()) {
                try {
                    t.interrupt();
                } catch (SecurityException ignore) {
                }
            }
        }

线程池源码的基础属性

线程池的源码中，会通过一个AtomicInteger类型的变量ctl，来表示线程池的状态和当前线程池中 的工作线程数量。 一个Integer占4个字节，也就是32个bit，线程池有5个状态：RUNNING、SHUTDOWN、STOP、TIDYING、TERMINATED。线程池的源码中通过三个bit位来表示这五种状态。

    private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
    private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
    private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;

    // 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;

Integer.SIZE为32，所以COUNT_BITS为29，最终各个状态对应的二级制为：
RUNNING：11100000 00000000 00000000 00000000
SHUTDOWN：00000000 00000000 00000000 00000000
STOP：00100000 00000000 00000000 00000000
TIDYING：01000000 00000000 00000000 00000000
TERMINATED：01100000 00000000 00000000 00000000

        通过使用一个Integer数字的最高三个bit，就可以表示5种线程池的状态，而剩下的29个bit就 可以用来表示工作线程数，比如，假如ctl为：11100000 00000000 00000000 00001010，就表示 线程池的状态为RUNNING，线程池中目前在工作的线程有10个，这里说的“在工作”意思是线程活 着，要么在执行任务，要么在阻塞等待任务。

        下篇分析线程池的execute方法。