Android线程池源码
xiaopangcame 人气:0线程池(英语:thread pool):一种线程使用模式。线程过多会带来调度开销,进而影响缓存局部性和整体性能。而线程池维护着多个线程,等待着监督管理者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代价。线程池不仅能够保证内核的充分利用,还能防止过分调度。可用线程数量应该取决于可用的并发处理器、处理器内核、内存、网络sockets等的数量。 例如,线程数一般取cpu数量+2比较合适,线程数过多会导致额外的线程切换开销。----摘自维基百科
我们在Android或者Java开发中,日常所使用的就是ThreadPoolExecutor了,我们先来看下如何使用一个线程池来代替多线程开发。
使用线程池
// 创建一个核心线程数为5,最大线程数为10,空闲线程存活时间为60s的线程池对象 val threadPoolExecutor = ThreadPoolExecutor( 5, 10, 60, TimeUnit.MINUTES, ArrayBlockingQueue<Runnable>(100), RejectedExecutionHandler { _, _ -> println("reject submit thread to thread pool") } ) // 测试 for (i in 1..10) { threadPoolExecutor.execute { println("execute thread is:${Thread.currentThread().name}") } } // 结果 // execute thread is:pool-1-thread-1 // execute thread is:pool-1-thread-1 // execute thread is:pool-1-thread-1 // execute thread is:pool-1-thread-1 // execute thread is:pool-1-thread-5 // execute thread is:pool-1-thread-5 // execute thread is:pool-1-thread-4 // execute thread is:pool-1-thread-3 // execute thread is:pool-1-thread-2 // execute thread is:pool-1-thread-1
从结果就可以看出来,执行时间操作,但是只创建了5个线程,另外5次都是复用线程的。这样就达到了复用存在的线程、减少对象的创建和销毁的额外开销;并且可以控制最大线程数,也就是控制了最大并发数。
知道如何使用一个线程池还不够,我们需要看看ThreadPoolExecutor是如何创建、复用这些线程的。下面我们看看创建ThreadPoolExecutor对象的几个参数:
构造方法
/** * 创建一个ThreadPoolExecutor对象 * * @param corePoolSize 核心线程数,这些线程会一直在线程池中,除非设置了 allowCoreThreadTimeOut * @param maximumPoolSize 最大线程数,运行线程创建的最大值 * @param keepAliveTime 当线程数>核心线程数的时候,这个值就是空闲且非核心线程存活的时间 * @param unit keepAliveTime的单位 * @param workQueue 保存task的队列,直到执行execute()方法执行 * @param threadFactory ThreadFactory是一个接口,里面只有Thread newThread(Runnable r)方法,用来创建线程, * 默认采用Executors.defaultThreadFactory() * @param handler 拒绝处理任务时的策略,如果线程池满了且所有线程都不处于空闲状态, * 通过RejectedExecutionHandler接口的rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor)来处理传进来的Runnable * 系统提供了四种:CallerRunsPolicy(), AbortPolicy(), DiscardPolicy(), DiscardOldestPolicy() * 默认采用new AbortPolicy() */ public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler){ if (corePoolSize < 0 || maximumPoolSize <= 0 || maximumPoolSize < corePoolSize || keepAliveTime < 0) throw new IllegalArgumentException(); if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null) throw new NullPointerException(); this.acc = System.getSecurityManager() == null ? null : AccessController.getContext(); this.corePoolSize = corePoolSize; this.maximumPoolSize = maximumPoolSize; this.workQueue = workQueue; this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime); this.threadFactory = threadFactory; this.handler = handler; }
我在方法头注释中我都一一解释了几个参数的作用,还有几点需要注意的就是:
- 核心线程数不能小于0;
- 最大线程数不能小于0;
- 最大线程数不能小于核心线程数;
- 空闲线程的存活时间不能小于0;
通过上面的解释我们很明白的知道前面几个参数的作用,但是最后两个参数我们并不能通过表面的解释通晓它,既然不能通过表象看懂他俩,那就看看默认的实现是如何做的,这样在接下来的源码分析中很有帮助。
ThreadFactory:线程工厂
ThreadFactory 是一个接口,里面只由唯一的 Thread newThread(Runnable r); 方法,此方法是用来创建线程的,从接口中我们得到的就只有这么多,下面我们看看 Executors 默认的 DefaultThreadFactory 类:
// 静态内部类 static class DefaultThreadFactory implements ThreadFactory { // 线程池的标识,从1开始没创建一个线程池+1 private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1); // 线程组 private final ThreadGroup group; // 线程名中的结尾标识,从1开始每创建一个线程+1 private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1); // 线程名 private final String namePrefix; DefaultThreadFactory() { SecurityManager s = System.getSecurityManager(); group = (s != null) ? s.getThreadGroup() : Thread.currentThread().getThreadGroup(); namePrefix = "pool-" + poolNumber.getAndIncrement() + "-thread-"; } public Thread newThread(Runnable r) { Thread t = new Thread(group, r, namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(), 0); if (t.isDaemon()) t.setDaemon(false); if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY) t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY); return t; } }
RejectedExecutionHandler:拒绝处理任务的策略
RejectedExecutionHandler 也是一个接口,并且也只提供了唯一的 void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor); 方法。我们可以自定义策略,也可以用上面提到的封装好的四种策略,先看一下四种策略分别怎么拒绝任务的:
CallerRunsPolicy
public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler { /** * Creates a {@code CallerRunsPolicy}. */ public CallerRunsPolicy() { } /** * 如果线程池还没关闭,那么就再次执行这个Runnable */ public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { if (!e.isShutdown()) { r.run(); } } }
AbortPolicy
public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler { /** * Creates an {@code AbortPolicy}. */ public AbortPolicy() { } /** * 这个策略就是抛出异常,不做其他处理 */ public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() + " rejected from " + e.toString()); } }
DiscardPolicy
public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler { /** * Creates a {@code DiscardPolicy}. */ public DiscardPolicy() { } /** * 什么也不做,也就是抛弃了这个Runnable */ public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { } }
DiscardOldestPolicy
public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler { /** * Creates a {@code DiscardOldestPolicy} for the given executor. */ public DiscardOldestPolicy() { } /** * 1. 线程池未关闭 * 2. 获取队列中的下一个Runnable * 3. 获取到了,但是不对它进行处理,也就是抛弃它 * 4. 执行我们传过来的这个Runnable */ public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { if (!e.isShutdown()) { e.getQueue().poll(); e.execute(r); } } }
重要的参数
除了上述构造方法中的几个参数外,线程池还有几个比较核心的参数,如下:
public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService { // ctl 的低29位表示线程池中的线程数,高3位表示当前线程状态 private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0)); // 29 private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3; // (2^29) -1 private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1; // 运行状态:接受新任务并处理排队的任务 private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS; // 关闭状态:不接受新任务,但处理排队的任务 private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS; // 停止状态:不接受新任务,不处理排队的任务,中断正在进行的任务 private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS; // 整理状态:整理状态,所有任务已终止,workerCount为零,线程将运行terminate()方法 private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS; // 终止状态:terminate()方法执行完成 private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS; // 表示线程是否允许或停止 private static int runStateOf(int c) { return c & ~CAPACITY; } // 线程的有效数量 private static int workerCountOf(int c) { return c & CAPACITY; } private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; } ......后面的源码暂时省略 }
execute:执行
public void execute(Runnable command) { if (command == null) throw new NullPointerException(); int c = ctl.get(); // 如果运行中的线程数小于核心线程数,执行addWorker(command, true)创建新的核心Thread执行任务 if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { if (addWorker(command, true)) return; c = ctl.get(); } // 1. 已经满足:运行中的线程数大于核心线程数,但是小于最大线程数 // 2. 需要满足:线程池在运行状态 // 3. 需要满足:添加到工作队列中成功 if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { int recheck = ctl.get(); // 如果线程不在运行状态,就从工作队列中移除command // 并且执行拒绝策略 if (!isRunning(recheck) && remove(command)) reject(command); // 线程池处于运行状态,但是没有线程,则addWorker(null, false) // 至于这里为什么要传入一个null,因为在最外层的if条件中我们已经将Runnable添加到工作队列中了 // 而且在runWorker()源码中也可以得到答案,如果传入的Runnable为空,就会去工作队列中取task。 else if (workerCountOf(recheck) == 0) addWorker(null, false); } // 执行addWorker()创建新的非核心线程Thread执行任务 // addWorker() 失败,执行拒绝策略 else if (!addWorker(command, false)) reject(command); }
从上面源码中可以看出,execute()一个新的任务,主要有以下这几种情况:
1、核心线程未满,直接新建核心线程并执行任务;
2、核心线程满了,工作队列未满,将任务添加到工作队列中;
3、核心线程和工作队列都满,但是最大线程数未达到,新建线程并执行任务;
4、上面条件都不满足,那么就执行拒绝策略。
更形象的可以看下方流程图:
添加任务的流程图
addWorker(Runnable , boolean):添加Worker
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) { // 标记外循环,比如在内循环中break retry就直接跳出外循环 retry: for (; ; ) { int c = ctl.get(); int rs = runStateOf(c); // 直接返回false有以下3种情况: // 1. 线程池状态为STOP、TIDYING、TERMINATED // 2. 线程池状态不是running状态,并且firstTask不为空 // 3. 线程池状态不是running状态,并且工作队列为空 if (rs >= SHUTDOWN && !(rs == SHUTDOWN && firstTask == null && !workQueue.isEmpty())) return false; for (; ; ) { int wc = workerCountOf(c); // 如果添加的是核心线程,但是运行的线程数大于等于核心线程数,那么就不添加了,直接返回 // 如果添加的是非核心线程,但是运行的线程数大于等于最大线程数,那么也不添加,直接返回 if (wc >= CAPACITY || wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)) return false; // 增加workerCount的值 +1 if (compareAndIncrementWorkerCount(c)) // 跳出外循环 break retry; c = ctl.get(); // 重新检查线程池状态 if (runStateOf(c) != rs) continue retry; // 重新检查的状态和之前不合,再次从外循环进入 } } boolean workerStarted = false; boolean workerAdded = false; Worker w = null; try { w = new Worker(firstTask); final Thread t = w.thread; if (t != null) { // 线程池重入锁 final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; // 获得锁 mainLock.lock(); try { // Recheck while holding lock. // Back out on ThreadFactory failure or if // shut down before lock acquired. int rs = runStateOf(ctl.get()); // 线程池在运行状态或者是线程池关闭同时Runnable也为空 if (rs < SHUTDOWN || (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) { if (t.isAlive()) // precheck that t is startable throw new IllegalThreadStateException(); // 想Worker中添加新的Worker workers.add(w); int s = workers.size(); if (s > largestPoolSize) largestPoolSize = s; workerAdded = true; } } finally { // 释放锁 mainLock.unlock(); } // 如果添加成功,启动线程 if (workerAdded) { t.start(); workerStarted = true; } } } finally { if (!workerStarted) addWorkerFailed(w); } return workerStarted; }
addWorker() 主要就是在满足种种条件(上述源码中解释了)后,新建一个Worker对象,并添加到HashSet<Worker> workers中去,最后调用新建Worker对象的Thread变量的start()方法。
Worker类
Worker是一个继承了AQS并实现了Runnable的内部类,我们重点看看它的run()方法,因为上面addWorker()中,t.start()触发的就是它的run()方法:
private final class Worker extends AbstractQueuedSynchronizer implements Runnable { /** * This class will never be serialized, but we provide a * serialVersionUID to suppress a javac warning. */ private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L; /** * Thread this worker is running in. Null if factory fails. */ final Thread thread; /** * Initial task to run. Possibly null. */ Runnable firstTask; /** * Per-thread task counter */ volatile long completedTasks; /** * Creates with given first task and thread from ThreadFactory. * * @param firstTask the first task (null if none) */ Worker(Runnable firstTask) { setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker this.firstTask = firstTask; // 这边是把Runnable传给了Thread,也就是说Thread.run()就是执行了下面的run()方法 this.thread = getThreadFactory().newThread(this); } /** * Delegates main run loop to outer runWorker */ public void run() { runWorker(this); } }
run()方法实际调用了runWorker(Worker)方法
runWorker(Worker)方法:
final void runWorker(Worker w) { Thread wt = Thread.currentThread(); Runnable task = w.firstTask; w.firstTask = null; w.unlock(); // 释放锁,允许中断 boolean completedAbruptly = true; try { // 1. worker中的task不为空 // 2. 如果worker的task为空,那么取WorkerQueue的task while (task != null || (task = getTask()) != null) { w.lock(); // If pool is stopping, ensure thread is interrupted; // if not, ensure thread is not interrupted. This // requires a recheck in second case to deal with // shutdownNow race while clearing interrupt if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) || (Thread.interrupted() && runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) && !wt.isInterrupted()) wt.interrupt(); try { // 这是一个空方法,可由子类实现 beforeExecute(wt, task); Throwable thrown = null; try { // 执行task task.run(); } .... 省略 // 这是一个空方法,可由子类实现 finally { afterExecute(task, thrown); } } finally { task = null; w.completedTasks++; w.unlock(); } } completedAbruptly = false; } finally { processWorkerExit(w, completedAbruptly); } }
getTask():
```java private Runnable getTask() { // 进入死循环 for (; ; ) { try { // 为true的条件: // allowCoreThreadTimeOut=true: 核心线程需根据keepAliveTime超时等待 // 核心线程数已满 boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize; // 如果timed为true,执行BlockQueue.poll(),这个操作在取不到task的时候会等待keepAliveTime,然后返回null // 如果timed为false,执行BlockQueue.take(),这个操作在队列为空的时候一直阻塞 Runnable r = timed ? workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) : workQueue.take(); if (r != null) return r; } } } ```
线程池的源码按照上述的几个方法(execute(runnable) -> addWorker(runnable,core) -> Worker -> runWorker(worker) -> getTask())的顺序来分析,你就可以很清晰的将运作过程了解清楚,同事构造方法和几个重要的参数一定要懂,不然对于后面的源码分析很受阻碍,相信大家通过这篇文章可以加深对线程池的理解。
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