当前位置：首页 > news >正文

细说 Java 线程池

news 来源：原创 2025/6/8 21:42:31

一、 Java 线程池使用

1.1、线程池创建

在这里插入图片描述

1.2、线程池执行流程

提交任务到线程池时，调用execute 方法如下图所示：

在这里插入图片描述

1.3、线程池关闭

shutdown()

拒绝新任务，等待已提交任务（包括队列中的任务）执行完毕，不中断正在运行的任务。
shutdownNow()

强制关闭：中断所有线程（包括运行中的任务），返回未执行的任务列表，慎用。

1.3.1、优雅关闭

ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);

// 1. 启动关闭流程，拒绝新任务
pool.shutdown(); 

try {
    // 2. 等待现有任务完成（超时时间根据业务设定）
    if (!pool.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) {
        // 3. 超时后强制终止
        List<Runnable> unfinishedTasks = pool.shutdownNow(); 
        log.warn("强制关闭，未完成任务数: {}", unfinishedTasks.size());
        // 4. 再次等待线程响应中断
        if (!pool.awaitTermination(30, TimeUnit.SECONDS)) {
            log.error("线程池未能完全关闭");
        }
    }
} catch (InterruptedException e) {
    // 5. 处理中断异常，重新尝试强制关闭
    pool.shutdownNow();
    Thread.currentThread().interrupt(); 
}

1.4、线程池状态

线程有状态（详见Java线程状态详解），线程池也有状态。

1.4.1、状态概览

线程池状态如下所示：
状态类型为int，RUNNING < SHUTDOWN < STOP < TIDYING < TERMINATED

在这里插入图片描述

RUNNING：线程池创建后的状态，接收新任务，以及对已添加到队列中的任务进行处理。
SHUTDOWN：调用 shutdown 方法，线程池就会转换成 SHUTDOWN 状态，此时线程池不再接收新任务，继续处理任务队列中剩余的任务。
STOP：调用 shutdownNow 方法，线程池就会转换成 STOP 状态，不接收新任务，不处理队列中的剩余任务，尝试中断正在处理的任务的线程。
TIDYING：队列为空，线程已终止；
- SHUTDOWN 状态下，所有任务（包括队列）均已完成，线程线程池会变为 TIDYING 状态；
- STOP 状态下，队列任务均已导出，线程池会变为 TIDYING 状态。
TERMINATED：线程池彻底终止。线程池在 TIDYING 状态执行完 terminated （详见下文）方法就会转变为 TERMINATED 状态。

1.4.2、线程池状态存储

    private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3; // 32 - 3 = 29 ,线程数量为2^29, 高3位表示线程池状态，最多可以8种。
    private static final int COUNT_MASK = (1 << COUNT_BITS) - 1;
    
	private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
    // Packing and unpacking ctl
    private static int runStateOf(int c)     { return c & ~COUNT_MASK; }
    private static int workerCountOf(int c)  { return c & COUNT_MASK; }
    private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

线程池状态（runStateOf）和线程池中线程数量（workerCountOf）一起存在了 ctl 成员变量中，通过高位掩码提取状态（runStateOf）、低位掩码提取线程数（workerCountOf）的位运算提高效率（相较于传统条件判断或锁操作）。

原子性：通过单个原子变量（AtomicInteger）的 CAS 操作，确保线程池状态（runState）和线程数（workerCount）的修改是原子的，避免状态与数量不一致导致的逻辑错误。

举例：当线程池进入 SHUTDOWN 状态时，若状态和线程数分开维护，可能出现状态已更新但线程数意外增加的情况，导致错误地接受新任务。
内存占用优化： 1个 AtomicInteger（4Byte）替代2个变量，减少内存占用。
竞争条件规避：关闭线程池时，需确保状态变为 TERMINATED 的同时线程数为0，通过 ctl 的原子性操作可避免中间状态的不一致。
减少锁开销：仅通过一次 CAS 操作即可同时修改状态和线程数。

1.4.3、方法`tryTerminate`

在这里插入图片描述

方法tryTerminate主要是做线程池的一些收尾工作，转换线程池状态为TERMINATED，彻底终止线程池。

关闭线程池的方法 shutdown()和 shutdownNow() 在方法结束前均会调用此方法。其它调用此方法的方法如下图所示：

二、 Java 线程池细节

2.1、线程池拒绝任务策略

当线程池中任务队列已满，并且线程数量达到了最大数量后，线程池将采取指定的拒绝策略来处理新提交的任务，具体策略如下。

2.1.1、DiscardPolicy

直接丢弃任务

在这里插入图片描述

2.1.2、AbortPolicy

丢弃任务后，抛出运行时异常；

2.1.3、DiscardOldestPolicy

踢出队列最老的任务；
再次提交当前任务；

2.1.4、CallerRunsPolicy

由提交任务的线程来执行任务；

该策略使用需注意，若 caller 为主线程，且该任务耗时，则会阻塞主线程，后续通过主线程提交到线程池的任务也会相应被阻塞。系统可能直接卡死。

2.2、线程池 Worker

2.2.1、线程池 Worker 继承了 AQS

如下图所示，Worker 通过继承 AQS(更多细节查阅自旋、CLH、AQS浅析)，来实现一个非重入的独占锁，来确保执行任务期间不会被线程池的其它方法中断。

注释中给了我们一个可能会中断线程的方法setCorePoolSize。

Worker 覆写 AQS 的方法如下图所示：

2.2.1.1、方法 `setCorePoolSize`

源码如下，该方法用于设置线程池的核心线程数量，当传入值小于当前线程池的核心线程数时，会通过方法interruptIdleWorkers()销毁空闲线程。

在这里插入图片描述

2.2.1.2、方法 `interruptIdleWorkers()`

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
如上图所示，方法 interruptIdleWorkers() 就是负责中断线程的。

中断线程前会尝试加锁，正是Worker对AQS实现的锁。

接下来看下Worker这把锁发挥威力的地方：方法runWorker() 是用来执行任务的。

如下图所示，每次执行任务前加锁，执行完任务后释放锁。

在这里插入图片描述

2.2.2、线程池 Worker 实现了 Runnable

覆写了Runnable中的run()方法如下图示，正是调用了我们前文提到的runWorker方法。

在这里插入图片描述

2.2.2.1 Worker 在哪里被启动的

谁创建Worker ，谁负责启动Worker。
是谁，到底是谁创建的，当然是我们在提交任务（execute）时通过方法addWorker创建的。

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
至此，我们的Woker成功创建并启动起来干活了。

2.3、线程池队列

2.3.1、线程池队列获取任务

线程获取任务是通过getTask()方法，如下图所示。

在这里插入图片描述

若队列有任务就获取任务后返回；
若队列为空，就阻塞线程；一直到线程被中断后，继续下次循环；
线程被谁中断呢？
- 前文提到的方法 interruptIdleWorkers()中会设置线程中断。
- 方法interruptWorkers()也会设置线程中断。
线程被中断（比如线程池调用shutdownNow() 或者 shutdown() ）后，进入下一次循环，发现线程池需要关闭，所以就减少线程数量，返回null。
- runWorker方法中while (task != null || (task = getTask()) != null) 获取到的任务为空，结束循环，线程结束。