java线程池深入讲解_死磕 java线程系列之线程池深入解析——生命周期
(手機橫屏看源碼更方便)
注：java源碼分析部分如無特殊說明均基于 java8 版本。
注：線程池源碼部分如無特殊說明均指ThreadPoolExecutor類。
簡介
上一章我們一起重溫了下線程的生命周期(六種狀態還記得不？)，但是你知不知道其實線程池也是有生命周期的呢？！
問題
(1)線程池的狀態有哪些？
(2)各種狀態下對于任務隊列中的任務有何影響？
先上源碼
其實，在我們講線程池體系結構的時候，講了一些方法，比如shutDown()/shutDownNow()，它們都是與線程池的生命周期相關聯的。
我們先來看一下線程池ThreadPoolExecutor中定義的生命周期中的狀態及相關方法：
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3; // =29
private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1; // =000 11111...
// runState is stored in the high-order bits
private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS; // 111 00000...
private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS; // 000 00000...
private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS; // 001 00000...
private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS; // 010 00000...
private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS; // 011 00000...
// 線程池的狀態
private static int runStateOf(int c) { return c & ~CAPACITY; }
// 線程池中工作線程的數量
private static int workerCountOf(int c) { return c & CAPACITY; }
// 計算ctl的值，等于運行狀態“加上”線程數量
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }
從上面這段代碼，我們可以得出：
(1)線程池的狀態和工作線程的數量共同保存在控制變量ctl中，類似于AQS中的state變量，不過這里是直接使用的AtomicInteger，這里換成unsafe+volatile也是可以的；
(2)ctl的高三位保存運行狀態，低29位保存工作線程的數量，也就是說線程的數量最多只能有(2^29-1)個，也就是上面的CAPACITY；
(3)線程池的狀態一共有五種，分別是RUNNING、SHUTDOWN、STOP、TIDYING、TERMINATED；
(4)RUNNING，表示可接受新任務，且可執行隊列中的任務；
(5)SHUTDOWN，表示不接受新任務，但可執行隊列中的任務；
(6)STOP，表示不接受新任務，且不再執行隊列中的任務，且中斷正在執行的任務；
(7)TIDYING，所有任務已經中止，且工作線程數量為0，最后變遷到這個狀態的線程將要執行terminated()鉤子方法，只會有一個線程執行這個方法；
(8)TERMINATED，中止狀態，已經執行完terminated()鉤子方法；
流程圖
下面我們再來看看這些狀態之間是怎么流轉的：
(1)新建線程池時，它的初始狀態為RUNNING，這個在上面定義ctl的時候可以看到；
(2)RUNNING->SHUTDOWN，執行shutdown()方法時；
(3)RUNNING->STOP，執行shutdownNow()方法時；
(4)SHUTDOWN->STOP，執行shutdownNow()方法時【本文由公從號“彤哥讀源碼”原創】；
(5)STOP->TIDYING，執行了shutdown()或者shutdownNow()后，所有任務已中止，且工作線程數量為0時，此時會執行terminated()方法；
(6)TIDYING->TERMINATED，執行完terminated()方法后；
源碼分析
你以為貼個狀態的源碼，畫個圖就結束了嘛？那肯定不能啊，下面讓我們一起來看看源碼中是怎么控制的。
(1)RUNNING
RUNNING，比較簡單，創建線程池的時候就會初始化ctl，而ctl初始化為RUNNING狀態，所以線程池的初始狀態就為RUNNING狀態。
// 初始狀態為RUNNING
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
(2)SHUTDOWN
執行shutdown()方法時把狀態修改為SHUTDOWN，這里肯定會成功，因為advanceRunState()方法中是個自旋，不成功不會退出。
public void shutdown() {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
checkShutdownAccess();
// 修改狀態為SHUTDOWN
advanceRunState(SHUTDOWN);
// 標記空閑線程為中斷狀態
interruptIdleWorkers();
onShutdown();
} finally {
mainLock.unlock();
}
tryTerminate();
}
private void advanceRunState(int targetState) {
for (;;) {
int c = ctl.get();
// 如果狀態大于SHUTDOWN，或者修改為SHUTDOWN成功了，才會break跳出自旋
if (runStateAtLeast(c, targetState) ||
ctl.compareAndSet(c, ctlOf(targetState, workerCountOf(c))))
break;
}
}
(3)STOP
執行shutdownNow()方法時，會把線程池狀態修改為STOP狀態，同時標記所有線程為中斷狀態。
public List shutdownNow() {
List tasks;
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
checkShutdownAccess();
// 修改為STOP狀態
advanceRunState(STOP);
// 標記所有線程為中斷狀態
interruptWorkers();
tasks = drainQueue();
} finally {
// 【本文由公從號“彤哥讀源碼”原創】
mainLock.unlock();
}
tryTerminate();
return tasks;
}
至于線程是否響應中斷其實是在隊列的take()或poll()方法中響應的，最后會到AQS中，它們檢測到線程中斷了會拋出一個InterruptedException異常，然后getTask()中捕獲這個異常，并且在下一次的自旋時退出當前線程并減少工作線程的數量。
private Runnable getTask() {
boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?
for (;;) {
int c = ctl.get();
int rs = runStateOf(c);
// 如果狀態為STOP了，這里會直接退出循環，且減少工作線程數量
// 退出循環了也就相當于這個線程的生命周期結束了
if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
decrementWorkerCount();
return null;
}
int wc = workerCountOf(c);
// Are workers subject to culling?
boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
&& (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
return null;
continue;
}
try {
// 真正響應中斷是在poll()方法或者take()方法中
Runnable r = timed ?
workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
workQueue.take();
if (r != null)
return r;
timedOut = true;
} catch (InterruptedException retry) {
// 這里捕獲中斷異常
timedOut = false;
}
}
}
這里有一個問題，就是已經通過getTask()取出來且返回的任務怎么辦？
實際上它們會正常執行完畢，有興趣的同學可以自己看看runWorker()這個方法，我們下一節會分析這個方法。
(4)TIDYING
當執行shutdown()或shutdownNow()之后，如果所有任務已中止，且工作線程數量為0，就會進入這個狀態。
final void tryTerminate() {
for (;;) {
int c = ctl.get();
// 下面幾種情況不會執行后續代碼
// 1. 運行中
// 2. 狀態的值比TIDYING還大，也就是TERMINATED
// 3. SHUTDOWN狀態且任務隊列不為空
if (isRunning(c) ||
runStateAtLeast(c, TIDYING) ||
(runStateOf(c) == SHUTDOWN && ! workQueue.isEmpty()))
return;
// 工作線程數量不為0，也不會執行后續代碼
if (workerCountOf(c) != 0) {
// 嘗試中斷空閑的線程
interruptIdleWorkers(ONLY_ONE);
return;
}
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
// CAS修改狀態為TIDYING狀態
if (ctl.compareAndSet(c, ctlOf(TIDYING, 0))) {
try {
// 更新成功，執行terminated鉤子方法
terminated();
} finally {
// 強制更新狀態為TERMINATED，這里不需要CAS了
ctl.set(ctlOf(TERMINATED, 0));
termination.signalAll();
}
return;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
// else retry on failed CAS
}
}
實際更新狀態為TIDYING和TERMINATED狀態的代碼都在tryTerminate()方法中，實際上tryTerminated()方法在很多地方都有調用，比如shutdown()、shutdownNow()、線程退出時，所以說幾乎每個線程最后消亡的時候都會調用tryTerminate()方法，但最后只會有一個線程真正執行到修改狀態為TIDYING的地方。
修改狀態為TIDYING后執行terminated()方法，最后修改狀態為TERMINATED，標志著線程池真正消亡了。
(5)TERMINATED
見TIDYING中分析。
彩蛋
本章我們一起從狀態定義、流程圖、源碼分析等多個角度一起學習了線程池的生命周期，你掌握的怎么樣呢？
下一章我們將開始學習線程池執行任務的主流程，對這一塊內容感到恐懼的同學可以先看看彤哥之前寫的“手寫線程池”的兩篇文章，對接下來學習線程池的主要流程非常有好處。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的java线程池深入讲解_死磕 java线程系列之线程池深入解析——生命周期的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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