ThreadPoolExecutor的应用和实现分析(下)—— 生命周期相关源码分析

前面提到ExecutorService是对Executor的扩展,增加了submit()等提交和调用任务的方法,也增加了对Executor生命周期的定义。本篇将结合shutdown()、shutdownNow()、awaitTermination()和tryTerminate()几个方法的实现对ThreadPoolExecutor生命周期相关的逻辑做分析整理。

0. ExecutorService的生命周期方法和ThreadPoolExecutor的生命周期实现

ExecutorService中,和生命周期相关的,声明了5个方法:

  • awaitTermination() 阻塞等待shutdown请求后所有线程终止,会有时间参数,超时和中断也会令方法调用结束
  • isShutdown()  通过ctl属性判断当前的状态是否不是RUNNING状态
  • isTerminated()  通过ctl属性判断当前的状态是否为TERMINATED状态
  • shutdown() 关闭Executor,不再接受提交任务
  • shutdownNow() 关闭Executor,不再接受提交任务,并且不再执行入队列中的任务

前面的文章也已经介绍过,在ThreadPoolExecutor的实现中,定义了五个生命周期状态,标识了整个线程池对象所处的状态阶段,用来实现生命周期相关的方法。

1. ThreadPoolExecutor的shutdown()

我们先来看看shutdown()方法

    public void shutdown() {
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            checkShutdownAccess();
            advanceRunState(SHUTDOWN);
            interruptIdleWorkers();
            onShutdown(); // hook for ScheduledThreadPoolExecutor
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        tryTerminate();
    }

其实逻辑比较简单,尝试将状态切换到SHUTDOWN,这样就不会再接收新的任务提交。对空闲线程进行中断调用。最后检查线程池线程是否为0,并尝试切换到TERMINATED状态。

2. ThreadPoolExecutor的shutdownNow()

再来看看shutdownNow()方法

    public List shutdownNow() {
        List tasks;
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            checkShutdownAccess();
            advanceRunState(STOP);
            interruptWorkers();
            tasks = drainQueue();
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        tryTerminate();
        return tasks;
    }

主要所做的事情就是切换ThreadPoolExecutor到STOP状态,中断所有worker,并将任务队列中的任务取出来,不再执行。最后尝试修改状态到TERMINATED。

3. shutdown()和shutdownNow()的区别

shutdown()新的任务不会再被提交到线程池,但之前的都会依旧执行,通过中断方式停止空闲的(根据没有获取锁来确定)线程。

shutdownNow()则向所有正在执行的线程发出中断信号以尝试终止线程,并将工作队列中的任务以列表方式的结果返回。

两者区别:

  • 是一个要将线程池推到SHUTDOWN状态,一个将推到STOP状态
  • 并且对运行的线程处理方式不同,shutdown()只中断空闲线程,而shutdownNow()会尝试中断所有活动线程
  • 还有就是对队列中的任务处理,shutdown()队列中已有任务会继续执行,而shutdownNow()会直接取出不被执行

相同的是都在最后尝试将线程池推到TERMINATED状态。

4. ThreadPoolExecutor的awaitTermination()

阻塞等待shutdown请求后所有线程终止,会有时间参数,超时和中断也会令方法调用结束。

    public boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException {
        long nanos = unit.toNanos(timeout);
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            for (;;) {
                if (runStateAtLeast(ctl.get(), TERMINATED))
                    return true;
                if (nanos <= 0)
                    return false;
                nanos = termination.awaitNanos(nanos);
            }
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
    }

实际所做的就是Condition的定时await调用。用于状态依赖的线程阻塞。

5. tryTerminate()

tryTerminate()的意义就在于尝试进入终止状态,当ctl中worker数字为0时执行terminated()方法,否则等锁中断一个空闲的Worker。

    final void tryTerminate() {
        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            if (isRunning(c) ||
                runStateAtLeast(c, TIDYING) ||
                (runStateOf(c) == SHUTDOWN && ! workQueue.isEmpty()))
                return;
            if (workerCountOf(c) != 0) { // Eligible to terminate
                interruptIdleWorkers(ONLY_ONE);
                return;
            }

            final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
            mainLock.lock();
            try {
                if (ctl.compareAndSet(c, ctlOf(TIDYING, 0))) {
                    try {
                        terminated();
                    } finally {
                        ctl.set(ctlOf(TERMINATED, 0));
                        termination.signalAll();
                    }
                    return;
                }
            } finally {
                mainLock.unlock();
            }
            // else retry on failed CAS
        }
    }

其中interruptIdleWorkers()方法这里就不列代码了,空闲的worker主要是通过worker的tryLock()来确认的,因为执行任务的worker互斥地锁定对象。

中断worker导致线程退出,最终还会循环尝试终止其它的空闲线程,直到整个ThreadPoolExecutor最后终结。

6. ThreadPoolExecutor生命周期的扩展点

在生命周期上,ThreadPoolExecutor为扩展的类提供了一些扩展点,这是很好的设计,对扩展开放。

其中声明了如下protected的方法:

  • beforeExecute() 在每个任务执行前做的处理
  • afterExecute() 在每个任务执行后做的处理
  • terminated() 在ThreadPoolExecutor到达TERMINATED状态前所做的处理
  • finalize() 有默认实现,直接调用shutdown(),以保证线程池对象回收
  • onShutdown() 在shutdown()方法执行到最后时调用,在java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor类实现中用到了这个扩展点,做一些任务队列的清理操作。

下篇Java并发的文章会再介绍线程池饱和时的丢弃处理,更多关于ThreadPoolExecutor的分析和扩展还望大家整理指教。

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  1. 写的很好,总结的最好的一篇

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