ExecutorService與Executors例子的簡單剖析

對於多線程有了一點了解之後,那麼來看看java.lang.concurrent包下面的一些東西。在此之前,我們運行一個線程都是顯式調用了Thread的start()方法。我們用concurrent下面的類來實現一下線程的運行,而且這將成爲以後常用的方法或者實現思路。 

        看一個簡單的例子: 

  1. public class CacheThreadPool {  
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         ExecutorService exec=Executors.newCachedThreadPool();  
  4.         for(int i=0;i<5;i++)  
  5.             exec.execute(new LiftOff());  
  6.         exec.shutdown();//並不是終止線程的運行,而是禁止在這個Executor中添加新的任務  
  7.     }  
  8. }  


        這個例子其實很容易看懂,ExecutorService中有一個execute方法,這個方法的參數是Runnable類型。也就是說,將一個實現了Runnable類型的類的實例作爲參數傳入execute方法並執行,那麼線程就相應的執行了。 

        一、ExecutorService 
        先看看ExecutorService,這是一個接口,簡單的列一下這個接口: 

  1. public interface ExecutorService extends Executor {  
  2.   
  3.     void shutdown();  
  4.   
  5.     List<Runnable> shutdownNow();  
  6.   
  7.     boolean isShutdown();  
  8.   
  9.     boolean isTerminated();  
  10.   
  11.     boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)  
  12.   
  13.     <T> Future<T> submit(Callable<T> task);  
  14.   
  15.     <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);  
  16.   
  17.     Future<?> submit(Runnable task);  
  18.   
  19.     <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)  
  20.   
  21.     <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit)  
  22.   
  23.     <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)  
  24.   
  25.     <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,  
  26.                     long timeout, TimeUnit unit)  
  27. }  


        ExecuteService繼承了Executor,Executor也是一個接口,裏面只有一個方法: 

  1. void execute(Runnable command)  



        二、Executors 
        Executors是一個類,直接援引JDK文檔的說明來說一下這個類的作用: 
       

    •         Factory and utility methods for Executor, ExecutorService, ScheduledExecutorService, ThreadFactory, and Callable classes defined in this package. This class supports the following kinds of methods: 

 

  •        
  • Methods that create and return an ExecutorService set up with commonly useful configuration settings.       
  • Methods that create and return a ScheduledExecutorService set up with commonly useful configuration settings.       
  • Methods that create and return a "wrapped" ExecutorService, that disables reconfiguration by making implementation-specific methods inaccessible.       
  • Methods that create and return a ThreadFactory that sets newly created threads to a known state.       
  • Methods that create and return a Callable out of other closure-like forms, so they can be used in execution methods requiring Callable.       


        在上面的例子中,我們用到了newCachedThreadPool()方法。看一下這個方法: 

  1. public static ExecutorService newCachedThreadPool() {  
  2.         return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,  
  3.                                       60L, TimeUnit.SECONDS,  
  4.                                       new SynchronousQueue<Runnable>());  
  5.     }  


        在源碼中我們可以知道兩點,1、這個方法返回類型是ExecutorService;2、此方法返回值實際是另一個類的實例。看一下這個類的信息: 

  1. public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {  
  2.     ..........  
  3.     private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;//這個變量在下面會提到  
  4.     ..........  
  5. }  


        ThreadPoolExecutor繼承了AbstractExecutorService,而AbstractExecutorService又實現了ExecutorService接口。所以,根據多態,ThreadPoolExecutor可以看作是ExecutorService類型。 

        線程執行的最關鍵的一步是執行了executor方法,根據java的動態綁定,實際執行的是ThreadPoolExecutor所實現的executor方法。看看源碼: 

  1. public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {  
  2.     ..........  
  3.     public void execute(Runnable command) {  
  4.         if (command == null)  
  5.             throw new NullPointerException();  
  6.         if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {  
  7.             if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {  
  8.                 if (runState != RUNNING || poolSize == 0)  
  9.                     ensureQueuedTaskHandled(command);  
  10.             }  
  11.             else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))  
  12.                 reject(command); // is shutdown or saturated  
  13.         }  
  14.     }  
  15.     ..........  
  16. }  


        根據程序正常執行的路線來看,這個方法中比較重要的兩個地方分別是: 
        1、workQueue.offer(command) 
        workQueue在上面提到過,是BlockingQueue<Runnable>類型的變量,這條語句就是將Runnable類型的實例加入到隊列中。 
        2、ensureQueuedTaskHandled(command) 
        這個是線程執行的關鍵語句。看看它的源碼: 

  1. public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {  
  2.     ..........  
  3.     private void ensureQueuedTaskHandled(Runnable command) {  
  4.         final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;  
  5.         mainLock.lock();  
  6.         boolean reject = false;  
  7.         Thread t = null;  
  8.         try {  
  9.             int state = runState;  
  10.             if (state != RUNNING && workQueue.remove(command))  
  11.                 reject = true;  
  12.             else if (state < STOP &&  
  13.                      poolSize < Math.max(corePoolSize, 1) &&  
  14.                      !workQueue.isEmpty())  
  15.                 t = addThread(null);  
  16.         } finally {  
  17.             mainLock.unlock();  
  18.         }  
  19.         if (reject)  
  20.             reject(command);  
  21.         else if (t != null)  
  22.             t.start();  
  23.     }  
  24.     ..........  
  25. }  


        在這裏我們就可以看到最終執行了t.start()方法來運行線程。在這之前的重點是t=addThread(null)方法,看看addThread方法的源碼: 

  1. public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {  
  2.     ..........  
  3.     private Thread addThread(Runnable firstTask) {  
  4.         Worker w = new Worker(firstTask);  
  5.         Thread t = threadFactory.newThread(w);  
  6.         if (t != null) {  
  7.             w.thread = t;  
  8.             workers.add(w);  
  9.             int nt = ++poolSize;  
  10.             if (nt > largestPoolSize)  
  11.                 largestPoolSize = nt;  
  12.         }  
  13.         return t;  
  14.     }  
  15.     ..........  
  16. }  


        這裏兩個重點,很明顯: 
        1、Worker w = new Worker(firstTask) 
        2、Thread t = threadFactory.newThread(w) 
        先看Worker是個什麼結構: 

  1. public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {  
  2.     ..........  
  3.     private final class Worker implements Runnable {  
  4.         ..........  
  5.         Worker(Runnable firstTask) {  
  6.             this.firstTask = firstTask;  
  7.         }  
  8.   
  9.         private Runnable firstTask;  
  10.         ..........  
  11.   
  12.         public void run() {  
  13.             try {  
  14.                 Runnable task = firstTask;  
  15.                 firstTask = null;  
  16.                 while (task != null || (task = getTask()) != null) {  
  17.                     runTask(task);  
  18.                     task = null;  
  19.                 }  
  20.             } finally {  
  21.                 workerDone(this);  
  22.             }  
  23.         }  
  24.     }  
  25.   
  26.     Runnable getTask() {  
  27.         for (;;) {  
  28.             try {  
  29.                 int state = runState;  
  30.                 if (state > SHUTDOWN)  
  31.                     return null;  
  32.                 Runnable r;  
  33.                 if (state == SHUTDOWN)  // Help drain queue  
  34.                     r = workQueue.poll();  
  35.                 else if (poolSize > corePoolSize || allowCoreThreadTimeOut)  
  36.                     r = workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS);  
  37.                 else  
  38.                     r = workQueue.take();  
  39.                 if (r != null)  
  40.                     return r;  
  41.                 if (workerCanExit()) {  
  42.                     if (runState >= SHUTDOWN) // Wake up others  
  43.                         interruptIdleWorkers();  
  44.                     return null;  
  45.                 }  
  46.                 // Else retry  
  47.             } catch (InterruptedException ie) {  
  48.                 // On interruption, re-check runState  
  49.             }  
  50.         }  
  51.     }  
  52.     }  
  53.     ..........  
  54. }  


        Worker是一個內部類。根據之前可以知道,傳入addThread的參數是null,也就是說Work中firstTask爲null。
        在看看newThread是一個什麼方法: 

  1. public class Executors {  
  2.     ..........  
  3.     static class DefaultThreadFactory implements ThreadFactory {  
  4.         ..........  
  5.         public Thread newThread(Runnable r) {  
  6.             Thread t = new Thread(group, r,  
  7.                                   namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(),  
  8.                                   0);  
  9.             if (t.isDaemon())  
  10.                 t.setDaemon(false);  
  11.             if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY)  
  12.                 t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);  
  13.             return t;  
  14.         }  
  15.         ..........  
  16.     }  
  17.     ..........  
  18. }  


        通過源碼可以得知threadFactory的實際類型是DefaultThreadFactory,而DefaultThreadFactory是Executors的一個嵌套內部類。 

        之前我們提到了t.start()這個方法執行了線程。那麼現在從頭順一下,看看到底是執行了誰的run方法。首先知道,t=addThread(null),而addThread內部執行了下面三步,Worker w = new Worker(null);Thread t = threadFactory.newThread(w);return t;這裏兩個t是一致的。 
        從這裏可以看出,t.start()實際上執行的是Worker內部的run方法。run()內部會在if條件裏面使用“短路”:判斷firstTask是否爲null,若不是null則直接執行firstTask的run方法;如果是null,則調用getTask()方法來獲取Runnable類型實例。從哪裏獲取呢?workQueue!在execute方法中,執行ensureQueuedTaskHandled(command)之前就已經把Runnable類型實例放入到workQueue中了,所以這裏可以從workQueue中獲取到。

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