Android开发中线程池源码解析
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。
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持海外IDC网。
【文章出处:香港cn2服务器】