ExecutorService ThreadPoolExecutor 源码剖析

2023-12-09 01:21:22

引言

并发编程是现代软件开发中不可或缺的一环，而线程池作为并发编程中的基石，其重要性不言而喻。本文将深入探讨 Java 并发框架中的核心组件之一 —— ThreadPoolExecutor，剖析其源码，揭开其高效管理线程、处理并发的奥秘。

1. 定义与概览

ThreadPoolExecutor 是 Java 并发框架中一个实现 ExecutorService 接口的类，主要用于创建和管理线程池。它提供了一系列配置选项，允许开发者根据特定需求定制线程池的运行行为，从而提高应用程序的性能和可扩展性。

2. 字段属性

ThreadPoolExecutor 中包含了许多字段属性，用于维护线程池的状态和配置信息。其中一些重要的字段属性包括：

corePoolSize：核心线程数，这是线程池在空闲时保持的最小线程数。
maximumPoolSize：最大线程数，这是线程池允许创建的最大线程数。
keepAliveTime：非核心线程的空闲存活时间，当线程池中线程数量超过 corePoolSize 时，空闲线程将在此时间后被终止。
workQueue：任务队列，用于暂存等待执行的任务。
handler：拒绝策略，用于处理无法立即执行的任务。

3. 构造方法

ThreadPoolExecutor 提供了多个构造方法，允许开发者根据不同的需求创建线程池。其中一个常用的构造方法如下：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler)

该构造方法的参数分别指定了核心线程数、最大线程数、空闲存活时间、任务队列、线程工厂和拒绝策略。

4. 方法

ThreadPoolExecutor 提供了丰富的 API，用于控制和监控线程池的运行行为。其中一些重要的方法包括：

execute(Runnable command)：向线程池提交一个任务。
shutdown()：开始关闭线程池，不再接受新任务。
shutdownNow()：立即关闭线程池，并尝试终止正在执行的任务。
awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)：等待线程池关闭，直到超时或线程池实际关闭。

深入源码分析

ThreadPoolExecutor 的源码复杂而精巧，本文将重点分析其中几个关键部分：

4.1 任务提交

当一个任务通过 execute(Runnable command) 方法提交给 ThreadPoolExecutor 时，线程池将检查当前线程池的状态，包括核心线程数、最大线程数、任务队列是否已满等。根据这些状态，线程池将采取不同的处理策略：

如果当前线程数小于核心线程数，则创建一个新线程来执行任务。
如果当前线程数等于核心线程数，且任务队列未满，则将任务放入队列中等待执行。
如果当前线程数等于核心线程数且任务队列已满，则根据拒绝策略处理任务。

4.2 线程生命周期

ThreadPoolExecutor 中的线程生命周期由 runWorker(Runnable task) 方法管理。每个线程在创建后都会进入一个循环，不断地从任务队列中获取任务执行。如果任务队列为空，则线程将进入休眠状态，等待新的任务。当线程空闲时间超过 keepAliveTime 时，非核心线程将被终止。

4.3 拒绝策略

当任务无法立即执行时，ThreadPoolExecutor 将根据拒绝策略处理该任务。Java 提供了四种内置的拒绝策略：