java線程池中Worker線程執(zhí)行流程原理解析
引言
Worker類分析
Worker類從類的結(jié)構(gòu)上來看，繼承了AQS（AbstractQueuedSynchronizer類）并實現(xiàn)了Runnable接口。本質(zhì)上，Worker類既是一個同步組件，也是一個執(zhí)行任務的線程。
接下來，我們看下Worker類的源碼，如下所示。
private final class Worker extends AbstractQueuedSynchronizer implements Runnable {
private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L;
//執(zhí)行任務的線程類
final Thread thread;
//初始化執(zhí)行的任務，第一次執(zhí)行的任務
Runnable firstTask;
//完成任務的計數(shù)
volatile long completedTasks;
//Worker類的構(gòu)造方法，初始化任務并調(diào)用線程工廠創(chuàng)建執(zhí)行任務的線程
Worker(Runnable firstTask) {
setState(-1);
this.firstTask = firstTask;
this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}
//重寫Runnable接口的run()方法
public void run() {
//調(diào)用ThreadPoolExecutor類的runWorker(Worker)方法
runWorker(this);
}
//檢測是否是否獲取到鎖
//state=0表示未獲取到鎖
//state=1表示已獲取到鎖
protected boolean isHeldExclusively() {
return getState() != 0;
}
//使用AQS設置線程狀態(tài)
protected boolean tryAcquire(int unused) {
if (compareAndSetState(0, 1)) {
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
return true;
}
return false;
}
//嘗試釋放鎖
protected boolean tryRelease(int unused) {
setExclusiveOwnerThread(null);
setState(0);
return true;
}
public void lock() { acquire(1); }
public boolean tryLock() { return tryAcquire(1); }
public void unlock() { release(1); }
public boolean isLocked() { return isHeldExclusively(); }
void interruptIfStarted() {
Thread t;
if (getState() >= 0 && (t = thread) != null && !t.isInterrupted()) {
try {
t.interrupt();
} catch (SecurityException ignore) {
}
}
}
}
在Worker類的構(gòu)造方法中，可以看出，首先將同步狀態(tài)state設置為-1，設置為-1是為了防止runWorker方法運行之前被中斷。這是因為如果其他線程調(diào)用線程池的shutdownNow()方法時，如果Worker類中的state狀態(tài)的值大于0，則會中斷線程，如果state狀態(tài)的值為-1，則不會中斷線程。
Worker類實現(xiàn)了Runnable接口，需要重寫run方法，而Worker的run方法本質(zhì)上調(diào)用的是ThreadPoolExecutor類的runWorker方法，在runWorker方法中，會首先調(diào)用unlock方法，該方法會將state置為0，所以這個時候調(diào)用shutDownNow方法就會中斷當前線程，而這個時候已經(jīng)進入了runWork方法，就不會在還沒有執(zhí)行runWorker方法的時候就中斷線程。
注意：大家需要重點理解Worker類的實現(xiàn)。
Worker類中調(diào)用了ThreadPoolExecutor類的runWorker(Worker)方法。接下來，我們一起看下ThreadPoolExecutor類的runWorker(Worker)方法的實現(xiàn)。
runWorker(Worker)方法
首先，我們看下RunWorker(Worker)方法的源碼，如下所示。
final void runWorker(Worker w) {
Thread wt = Thread.currentThread();
Runnable task = w.firstTask;
w.firstTask = null;
//釋放鎖，將state設置為0,允許中斷任務的執(zhí)行
w.unlock();
boolean completedAbruptly = true;
try {
//如果任務不為空，或者從任務隊列中獲取的任務不為空，則執(zhí)行while循環(huán)
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
//如果任務不為空，則獲取Worker工作線程的獨占鎖
w.lock();
//如果線程已經(jīng)停止，或者中斷線程后線程終止并且沒有成功中斷線程
//大家好好理解下這個邏輯
if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
(Thread.interrupted() &&
runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
!wt.isInterrupted())
//中斷線程
wt.interrupt();
try {
//執(zhí)行任務前執(zhí)行的邏輯
beforeExecute(wt, task);
Throwable thrown = null;
try {
//調(diào)用Runable接口的run方法執(zhí)行任務
task.run();
} catch (RuntimeException x) {
thrown = x; throw x;
} catch (Error x) {
thrown = x; throw x;
} catch (Throwable x) {
thrown = x; throw new Error(x);
} finally {
//執(zhí)行任務后執(zhí)行的邏輯
afterExecute(task, thrown);
}
} finally {
//任務執(zhí)行完成后，將其設置為空
task = null;
//完成的任務數(shù)量加1
w.completedTasks++;
//釋放工作線程獲得的鎖
w.unlock();
}
}
completedAbruptly = false;
} finally {
//執(zhí)行退出Worker線程的邏輯
processWorkerExit(w, completedAbruptly);
}
}
這里，我們拆解runWorker(Worker)方法。
（1）獲取當前線程的句柄和工作線程中的任務，并將工作線程中的任務設置為空，執(zhí)行unlock方法釋放鎖，將state狀態(tài)設置為0，此時可以中斷工作線程，代碼如下所示。
Thread wt = Thread.currentThread(); Runnable task = w.firstTask; w.firstTask = null; //釋放鎖，將state設置為0,允許中斷任務的執(zhí)行 w.unlock();
（2）在while循環(huán)中進行判斷，如果任務不為空，或者從任務隊列中獲取的任務不為空，則執(zhí)行while循環(huán)，否則，調(diào)用processWorkerExit(Worker, boolean)方法退出Worker工作線程。
while (task != null || (task = getTask()) != null)
（3）如果滿足while的循環(huán)條件，首先獲取工作線程內(nèi)部的獨占鎖，并執(zhí)行一系列的邏輯判斷來檢測是否需要中斷當前線程的執(zhí)行，代碼如下所示。
//如果任務不為空，則獲取Worker工作線程的獨占鎖 w.lock(); //如果線程已經(jīng)停止，或者中斷線程后線程終止并且沒有成功中斷線程 //大家好好理解下這個邏輯 if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) || (Thread.interrupted() && runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) && !wt.isInterrupted()) //中斷線程 wt.interrupt();
（4）調(diào)用執(zhí)行任務前執(zhí)行的邏輯，如下所示
//執(zhí)行任務前執(zhí)行的邏輯 beforeExecute(wt, task);
（5）調(diào)用Runable接口的run方法執(zhí)行任務
//調(diào)用Runable接口的run方法執(zhí)行任務 task.run();
（6）調(diào)用執(zhí)行任務后執(zhí)行的邏輯
//執(zhí)行任務后執(zhí)行的邏輯 afterExecute(task, thrown);
（7）將完成的任務設置為空，完成的任務數(shù)量加1并釋放工作線程的鎖。
//任務執(zhí)行完成后，將其設置為空 task = null; //完成的任務數(shù)量加1 w.completedTasks++; //釋放工作線程獲得的鎖 w.unlock();
（8）退出Worker線程的執(zhí)行，如下所示
//執(zhí)行退出Worker線程的邏輯 processWorkerExit(w, completedAbruptly);
從代碼分析上可以看到，當從Worker線程中獲取的任務為空時，會調(diào)用getTask()方法從任務隊列中獲取任務，接下來，我們看下getTask()方法的實現(xiàn)。
getTask()方法
我們先來看下getTask()方法的源代碼，如下所示。
private Runnable getTask() {
//輪詢是否超時的標識
boolean timedOut = false;
//自旋for循環(huán)
for (;;) {
//獲取ctl
int c = ctl.get();
//獲取線程池的狀態(tài)
int rs = runStateOf(c);
//檢測任務隊列是否在線程池停止或關閉的時候為空
//也就是說任務隊列是否在線程池未正常運行時為空
if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
//減少Worker線程的數(shù)量
decrementWorkerCount();
return null;
}
//獲取線程池中線程的數(shù)量
int wc = workerCountOf(c);
//檢測當前線程池中的線程數(shù)量是否大于corePoolSize的值或者是否正在等待執(zhí)行任務
boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
//如果線程池中的線程數(shù)量大于corePoolSize
//獲取大于corePoolSize或者是否正在等待執(zhí)行任務并且輪詢超時
//并且當前線程池中的線程數(shù)量大于1或者任務隊列為空
if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
&& (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
//成功減少線程池中的工作線程數(shù)量
if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
return null;
continue;
}
try {
//從任務隊列中獲取任務
Runnable r = timed ?
workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
workQueue.take();
//任務不為空直接返回任務
if (r != null)
return r;
timedOut = true;
} catch (InterruptedException retry) {
timedOut = false;
}
}
}
getTask()方法的邏輯比較簡單，大家看源碼就可以了，我這里就不重復描述了。
接下來，我們看下在正式調(diào)用Runnable的run()方法前后，執(zhí)行的beforeExecute方法和afterExecute方法。
beforeExecute(Thread, Runnable)方法
beforeExecute(Thread, Runnable)方法的源代碼如下所示。
protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) { }
可以看到，beforeExecute(Thread, Runnable)方法的方法體為空，我們可以創(chuàng)建ThreadPoolExecutor的子類來重寫beforeExecute(Thread, Runnable)方法，使得線程池正式執(zhí)行任務之前，執(zhí)行我們自己定義的業(yè)務邏輯。
afterExecute(Runnable, Throwable)方法
afterExecute(Runnable, Throwable)方法的源代碼如下所示。
protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) { }
可以看到，afterExecute(Runnable, Throwable)方法的方法體同樣為空，我們可以創(chuàng)建ThreadPoolExecutor的子類來重寫afterExecute(Runnable, Throwable)方法，使得線程池在執(zhí)行任務之后執(zhí)行我們自己定義的業(yè)務邏輯。
接下來，就是退出工作線程的processWorkerExit(Worker, boolean)方法。
processWorkerExit(Worker, boolean)方法
processWorkerExit(Worker, boolean)方法的邏輯主要是執(zhí)行退出Worker線程，并且對一些資源進行清理，源代碼如下所示。
private void processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly) {
//執(zhí)行過程中出現(xiàn)了異常，突然中斷
if (completedAbruptly)
//將工作線程的數(shù)量減1
decrementWorkerCount();
//獲取全局鎖
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
//累加完成的任務數(shù)量
completedTaskCount += w.completedTasks;
//將完成的任務從workers集合中移除
workers.remove(w);
} finally {
//釋放鎖
mainLock.unlock();
}
//嘗試終止工作線程的執(zhí)行
tryTerminate();
//獲取ctl
int c = ctl.get();
//判斷當前線程池的狀態(tài)是否小于STOP（RUNNING或者SHUTDOWN）
if (runStateLessThan(c, STOP)) {
//如果沒有突然中斷完成
if (!completedAbruptly) {
//如果allowCoreThreadTimeOut為true，為min賦值為0，否則賦值為corePoolSize
int min = allowCoreThreadTimeOut ? 0 : corePoolSize;
//如果min為0并且工作隊列不為空
if (min == 0 && ! workQueue.isEmpty())
//min的值設置為1
min = 1;
//如果線程池中的線程數(shù)量大于min的值
if (workerCountOf(c) >= min)
//返回，不再執(zhí)行程序
return;
}
//調(diào)用addWorker方法
addWorker(null, false);
}
}
接下來，我們拆解processWorkerExit(Worker, boolean)方法。
（1）執(zhí)行過程中出現(xiàn)了異常，突然中斷執(zhí)行，則將工作線程數(shù)量減1，如下所示。
//執(zhí)行過程中出現(xiàn)了異常，突然中斷 if (completedAbruptly) //將工作線程的數(shù)量減1 decrementWorkerCount();
（2）獲取鎖累加完成的任務數(shù)量，并將完成的任務從workers集合中移除，并釋放，如下所示。
//獲取全局鎖
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
//累加完成的任務數(shù)量
completedTaskCount += w.completedTasks;
//將完成的任務從workers集合中移除
workers.remove(w);
} finally {
//釋放鎖
mainLock.unlock();
}
（3）嘗試終止工作線程的執(zhí)行
//嘗試終止工作線程的執(zhí)行 tryTerminate();
（4）處判斷當前線程池中的線程個數(shù)是否小于核心線程數(shù)，如果是，需要新增一個線程保證有足夠的線程可以執(zhí)行任務隊列中的任務或者提交的任務。
//獲取ctl
int c = ctl.get();
//判斷當前線程池的狀態(tài)是否小于STOP（RUNNING或者SHUTDOWN）
if (runStateLessThan(c, STOP)) {
//如果沒有突然中斷完成
if (!completedAbruptly) {
//如果allowCoreThreadTimeOut為true，為min賦值為0，否則賦值為corePoolSize
int min = allowCoreThreadTimeOut ? 0 : corePoolSize;
//如果min為0并且工作隊列不為空
if (min == 0 && ! workQueue.isEmpty())
//min的值設置為1
min = 1;
//如果線程池中的線程數(shù)量大于min的值
if (workerCountOf(c) >= min)
//返回，不再執(zhí)行程序
return;
}
//調(diào)用addWorker方法
addWorker(null, false);
}
接下來，我們看下tryTerminate()方法。
tryTerminate()方法
tryTerminate()方法的源代碼如下所示。
final void tryTerminate() {
//自旋for循環(huán)
for (;;) {
//獲取ctl
int c = ctl.get();
//如果線程池的狀態(tài)為RUNNING
//或者狀態(tài)大于TIDYING
//或者狀態(tài)為SHUTDOWN并且任務隊列為空
//直接返回程序，不再執(zhí)行后續(xù)邏輯
if (isRunning(c) ||
runStateAtLeast(c, TIDYING) ||
(runStateOf(c) == SHUTDOWN && ! workQueue.isEmpty()))
return;
//如果當前線程池中的線程數(shù)量不等于0
if (workerCountOf(c) != 0) {
//中斷線程的執(zhí)行
interruptIdleWorkers(ONLY_ONE);
return;
}
//獲取線程池的全局鎖
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
//通過CAS將線程池的狀態(tài)設置為TIDYING
if (ctl.compareAndSet(c, ctlOf(TIDYING, 0))) {
try {
//調(diào)用terminated()方法
terminated();
} finally {
//將線程池狀態(tài)設置為TERMINATED
ctl.set(ctlOf(TERMINATED, 0));
//喚醒所有因為調(diào)用線程池的awaitTermination方法而被阻塞的線程
termination.signalAll();
}
return;
}
} finally {
//釋放鎖
mainLock.unlock();
}
}
}
（1）獲取ctl，根據(jù)情況設置線程池狀態(tài)或者中斷線程的執(zhí)行，并返回。
//獲取ctl
int c = ctl.get();
//如果線程池的狀態(tài)為RUNNING
//或者狀態(tài)大于TIDYING
//或者狀態(tài)為SHUTDOWN并且任務隊列為空
//直接返回程序，不再執(zhí)行后續(xù)邏輯
if (isRunning(c) ||
runStateAtLeast(c, TIDYING) ||
(runStateOf(c) == SHUTDOWN && ! workQueue.isEmpty()))
return;
//如果當前線程池中的線程數(shù)量不等于0
if (workerCountOf(c) != 0) {
//中斷線程的執(zhí)行
interruptIdleWorkers(ONLY_ONE);
return;
}
（2）獲取全局鎖，通過CAS設置線程池的狀態(tài)，調(diào)用terminated()方法執(zhí)行邏輯，最終將線程池的狀態(tài)設置為TERMINATED，喚醒所有因為調(diào)用線程池的awaitTermination方法而被阻塞的線程，最終釋放鎖，如下所示。
//獲取線程池的全局
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
//通過CAS將線程池的狀態(tài)設置為TIDYING
if (ctl.compareAndSet(c, ctlOf(TIDYING, 0))) {
try {
//調(diào)用terminated()方法
terminated();
} finally {
//將線程池狀態(tài)設置為TERMINATED
ctl.set(ctlOf(TERMINATED, 0));
//喚醒所有因為調(diào)用線程池的awaitTermination方法而被阻塞的線程
termination.signalAll();
}
return;
}
} finally {
//釋放鎖
mainLock.unlock();
}
接下來，看下terminated()方法。
terminated()方法
terminated()方法的源代碼如下所示。
protected void terminated() { }
可以看到，terminated()方法的方法體為空，我們可以創(chuàng)建ThreadPoolExecutor的子類來重寫terminated()方法，值得Worker線程調(diào)用tryTerminate()方法時執(zhí)行我們自己定義的terminated()方法的業(yè)務邏輯。
以上就是java線程池中Worker線程執(zhí)行流程原理解析的詳細內(nèi)容，更多關于java線程池Worker線程執(zhí)行的資料請關注腳本之家其它相關文章！
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