并发编程----4.java并发包中线程池的原理研究

并发编程----4.java并发包中线程池的原理研究

java并发包中线程池ThreadPoolExecutor的原理研究

线程池的优点：线程的复用，减少线程创建和销毁带来的消耗；提供了一种资源限制和线程管理的手段，比如限制线程的个数和动态新增线程等。线程池继承 AbstractExecutorService

介绍

1. ctl：原子变量，用来记录线程中的线程池状态和线程个数，类似于ReentrantReadWriteLock使用一个变量state保存两种信息

   1. 高三位表示线程池的状态（Integer 32位）
   2. 29位记录线程池的个数

2. 线程池的状态

   1. shutdown:拒绝新的任务但是处理阻塞队列中的任务
   2. stop:拒绝新任务并且抛弃阻塞队列中的任务，同时中断正在处理的任务
   3. tidying:所有的任务执行完了之后包括阻塞队列中的线程，将调用terminated
   4. terminated:终止状态
   5. running：接受任务并且处理阻塞队列中的任务

3. 线程状态转化

   1. running–>shutdown
   2. runining/shutdown–>stop
   3. shutdown–>tidying
   4. stop–>tidying
   5. tidying–>terminated

4. 线程池参数

   1. corePoolSize: 线程池核心线程数
   2. workQueue: 用于保存等待执行任务的阻塞队列，例如：数组有界ArrayBlockingQueue、基于链表的LinkedBlockingQueue、最多一个元素的SynchronousQueue，优先队列PriorityBlockingQueue
   3. maximunPoolSize:线程池最大线程数量
   4. ThreadFactory：创建线程工厂
   5. RejectedExecutionHandler：饱和策略，当队列满且线程数达到MaximumPoolSize后采取的策略，比如抛出异常，AbortPolicy；CallerRunsPolicy调用者所在的线程运行任务。DiscardOldestPolicy丢弃一个任务执行当前任务。DiscardPolicy默默抛弃不抛出异常
   6. keeyAliveTime：存活时间，当前线程比核心线程多，并且处于闲置状态，则这些闲置的线程能存活最大时间

5. 线程池类型

   1. newFixedThreadPool
      1. 创建一个核心数和最大线程数都为n的线程池，并且阻塞队列为Integer.MAX_VALUE。keekAliveTime=0说明线程个数比核心线程多并且空闲则回收
   2. newSingleThreadExecutor
      1. 创建一个核心数和最大线程数都为1的线程池，并且阻塞队列为Integer.MAX_VALUE。keekAliveTime=0说明线程个数比核心线程多并且空闲则回收
   3. newCacheThreadPool
      1. 按需创建线程的线程池，初始线程个数为0.最多线程数为Integer.MAX_VALUE，并且阻塞队列为同步队列，keepAliveTime=60说明只要任务只要在60s内就被回收。当加入同步任务就会马上被执行，同步队列中最多只有一个任务
         

6. mainLock为独占锁，用来控制新增worker线程操作原子性，termination是该锁对应的条件队列，在线程调用个awaitTermination时存放阻塞的线程。

7. Work继承AQS和Runnable接口，是具体承载任务的对象，简单实现了不可重入锁，其中state=0为锁未被获取状态，state=1表示获取状态-1为默认。firstTask执行的第一个任务。

8. DefaultThreadFactory是线程工厂，newThread 方法是对线程一个修饰。其中poolNumber是个静态原子变量，用来统计线程工厂个数。threadNumber统计线程工厂创建了多少线程。

9. 源码分析

   1. public void execute（Runnable command）提交任务
      1. 当当前线程数个数小于corePoolSize，会向workers里面新增核心线程执行该任务
      2. 当大于或者等于corePoolSize放入任务队列（workQueue）中，如果当前线程池状态不是running的话就抛弃新任务
      3. 添加任务成功，则对线程进行第二次的状态校验，这是因为任务放入任务队列后，执行代码前任务可能已经变化，这里进行校验，如果是非running状态就从队列里面移除任务，并且执行拒接策略。如果二次校验通过，重新判断线程池里面是否有线程，如果没有新增一个线程。
      4. 如果任务失败，说明任务队列已满，尝试开始新的线程，如果当前线程个数>maximumPoolSize则执行拒绝策略。
   2. 添加任务
      1. 检查队列是否只在必要的时候为空（返回情况：stop，tidying，terminated；shutdown并且队列中到一个一个任务；shutdown并且队列为空）
      2. cas增加线程个数（超出最大线程数返回），成功返回，失败查看是否是状态改变是就返回，不是就重新cas
      3. 创建worker，使用mainLock实现wokers同步，
      4. 检查状态是否被shutdown了，是就返回不是添加任务，
      5. 成功启动任务。
   3. 工作线程worker的执行
      1. 获取任务，如果任务为null则执行清理工作，如果不为空，获取该任务的锁，执行相关任务，统计worker完成了多少任务，并且释放锁（加锁的目的是为了防止其他线程调用了shutdown，阻止当前任务的执行）
      2. 清理操作，统计完成任务数量，从工作集中删除当前任务，尝试设置为terminated状态。如果当前线程<核心个数增加。
   4. shutdown操作
      1. mainLock锁住
      2. 权限检查，调用的线程师傅有关闭的权限，没有抛出异常
      3. 设置为shutdown，是直接返回，不是设置为shutdown
      4. 设置中断标志、尝试设置为terminated，设置所有空闲线程中断标志。尝试获取worker自己的锁，成功则设置中断标志，目的是为了阻塞要从任务队列中获取任务的空闲队列。方法：使用cas 设置当前线程池的状态为tidying，设置成功就执行terminated，设置为terminated，激活所有因为调用条件变量await系列方法阻塞的所有线程。
      5. 解锁
   5. shutdownNow操作
      1. 不接受新的任务也不执行任务队列中的任务，正在执行的任务会立刻被中断，该方法会返回
   6. awaitTermination操作
      1. 当前线程不会被阻塞，知道线程状态变为terminated才返回，或则等待时间超时才返回。

java并发包中线程池ScheduledThreadPoolExecutor的原理研究

指定一个延迟时间后或者定时进行任务调度执行的线程池。ScheduledThreadPoolExecutor继承了ThreadPoolExecutor并实现了ScheduledExecutorService，线程池队列是DelayedWorkQueue。

1. 介绍
   1. state 状态：ScheduledFutureTask是具有返回任务的继承自FutureTask。FutureTask内部有一个state用来表示任务状态
      1. 初始状态：new；执行中状态：completing : 执行中状态;normal:正常运行结束状态；exceptional：运行中异常；cancelled：任务取消；interrupting: 正在中断;interrupted：已经中断。
      2. 状态装换：new–>completing -->normal;new–>completing–>exceptional；new–>canceled;new–>interrupting–>interrupted
   2. period 任务类型：
      1. period=0：任务是一次性的
      2. period<0：任务是固定延迟时间可重复执行任务
      3. period>0：任务是固定频率的定时可重复执行任务