那些有趣的代码(一) —— 有点萌的 Tomcat 的线程池
那些有趣的代码(一) —— 有点萌的 Tomcat 的线程池
最近抓紧时间看看了看tomcat 的源代码。发现了一些有趣的代码，应该会写一系列文章和大家分享一下。
Tomcat 作为一个老牌的 servlet 容器，处理多线程肯定得心应手，为了能保证多线程环境下的高效，必然使用了线程池。
但是，Tomcat 并没有直接使用 j.u.c 里面的线程池，而是对线程池进行了扩展，首先我们回忆一下，j.u.c 中的线程池的几个核心参数是怎么配合的：
- 如果当前运行的线程，少于corePoolSize，则创建一个新的线程来执行任务。
- 如果运行的线程等于或多于 corePoolSize，将任务加入 BlockingQueue。
- 如果 BlockingQueue 内的任务超过上限，则创建新的线程来处理任务。
- 如果创建的线程数等于 maximumPoolSize，任务将被拒绝策略拒绝。
这个时候我们来仔细看看 Tomcat 的代码：
首先写了一个 TaskQueue 继承了非阻塞无界队列 LinkedBlockingQueue<Runnable> 并重写了的 offer 方法：
@Override
public boolean offer(Runnable o) {
//we can't do any checks
if (parent==null) return super.offer(o);
//we are maxed out on threads, simply queue the object
if (parent.getPoolSize() == parent.getMaximumPoolSize()){
return super.offer(o);
}
//we have idle threads, just add it to the queue
if (parent.getSubmittedCount()<=(parent.getPoolSize())) {
return super.offer(o);
}
//if we have less threads than maximum force creation of a new thread
if (parent.getPoolSize()<parent.getMaximumPoolSize()) {
return false;
}
//if we reached here, we need to add it to the queue
return super.offer(o);
}
在提交任务的时候，增加了几个分支判断。
首先我们看看 parent 是什么:
private transient volatile ThreadPoolExecutor parent = null;
这里需要特别注意这里的 ThreadPoolExecutor 并不是 jdk里面的 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor 而是 tomcat 自己实现的。
我们分别来看 offer 中的几个 if 分支。
首先我们需要明确一下，当一个线程池需要调用阻塞队列的 offer 的时候，说明线程池的核心线程数已经被占满了。（记住这个前提非常重要）
要理解下面的代码，首先需要复习一下线程池的 getPoolSize() 获取的是什么？我们看源码：
/**
* Returns the current number of threads in the pool.
*
* @return the number of threads
*/
public int getPoolSize() {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
// Remove rare and surprising possibility of
// isTerminated() && getPoolSize() > 0
return runStateAtLeast(ctl.get(), TIDYING) ? 0
: workers.size();
} finally {
mainLock.unlock();
}
}
需要注意的是，workers.size() 包含了 coreSize 的核心线程和临时创建的小于 maxSize 的临时线程。
先看第一个 if
// 如果线程池的工作线程数等于 线程池的最大线程数，这个时候没有工作线程了，就尝试加入到阻塞队列中
if (parent.getPoolSize() == parent.getMaximumPoolSize()){
return super.offer(o);
}
经过第一个 if 之后，线程数必然在核心线程数和最大线程数之间。
if (parent.getSubmittedCount()<=(parent.getPoolSize())) {
return super.offer(o);
}
对于 parent.getSubiitedCount() ,我们要先搞清楚 submiitedCount 是什么
/**
* The number of tasks submitted but not yet finished. This includes tasks
* in the queue and tasks that have been handed to a worker thread but the
* latter did not start executing the task yet.
* This number is always greater or equal to {@link #getActiveCount()}.
*/
private final AtomicInteger submittedCount = new AtomicInteger(0);
这个数是一个原子类的整数，用于记录提交到线程中，且还没有结束的任务数。包含了在阻塞队列中的任务数和正在被执行的任务数两部分之和 。
所以这行代码的策略是，如果已提交的线程数小于等于线程池中的线程数，表明这个时候还有空闲线程，直接加入阻塞队列中。为什么会有这种情况发生？其实我的理解是，之前创建的临时线程还没有被回收，这个时候直接把线程加入到队里里面，自然就会被空闲的临时线程消费掉了。
我们继续往下看：
//if we have less threads than maximum force creation of a new thread
if (parent.getPoolSize()<parent.getMaximumPoolSize()) {
return false;
}
由于上一个 if 条件的存在，走到这个 if 条件的时候，提交的线程数已经大于核心线程数了，且没有空闲线程，则返回一个 false ，表示任务添加到阻塞队列失败。线程池就会认为阻塞队列已经无法继续添加任务到队列中了，根据默认线程池的工作逻辑，线程池就会创建新的线程直到最大线程数。
回忆一下 jdk 默认线程池的实现，如果阻塞队列是无界的，任务会无限的添加到无界的阻塞队列中，线程池就无法利用核心线程数和最大线程数之间的线程数了。
Tomcat 的实现就是为了，线程池即使核心线程数满了以后，且使用无界队列的时候，线程池依然有机会创建新的线程，直到达到线程池的最大线程数。
Tomcat 对线程池的优化并没结束，Tomcat 还重写了线程池的 execute 方法：
public void execute(Runnable command, long timeout, TimeUnit unit) {
//提交任务数加一
submittedCount.incrementAndGet();
try {
super.execute(command);
} catch (RejectedExecutionException rx) {
// 被拒绝以后尝试，再次向阻塞队列中提交任务
if (super.getQueue() instanceof TaskQueue) {
final TaskQueue queue = (TaskQueue)super.getQueue();
try {
if (!queue.force(command, timeout, unit)) {
submittedCount.decrementAndGet();
throw new RejectedExecutionException(sm.getString("threadPoolExecutor.queueFull"));
}
} catch (InterruptedException x) {
submittedCount.decrementAndGet();
throw new RejectedExecutionException(x);
}
} else {
submittedCount.decrementAndGet();
throw rx;
}
}
}
终于到整篇文章的萌点了，就是提交线程的时候，如果被线程池拒绝了，Tomcat 的线程池，还会厚着脸皮再次尝试，调用 force() 方法"强行"的尝试向阻塞队列中添加任务。
tomcat
在群里和朋友讲完 Tomcat 线程池的实现，帆哥给了一个特别厉害的例子。
总结一下：
Tomcat 线程池的逻辑：
- 如果当前运行的线程，少于corePoolSize，则创建一个新的线程来执行任务。
- 如果线程数大于 corePoolSize了，Tomcat 的线程不会直接把线程加入到无界的阻塞队列中，而是去判断，submittedCount（已经提交线程数）是否等于 maximumPoolSize。
- 如果等于，表示线程池已经满负荷运行，不能再创建线程了，直接把线程提交到队列，
- 如果不等于，则需要判断，是否有空闲线程可以消费。
- 如果有空闲线程则加入到阻塞队列中，等待空闲线程消费。
- 如果没有空闲线程，尝试创建新的线程。（这一步保证了使用无界队列，仍然可以利用线程的 maximumPoolSize）。
- 如果总线程数达到 maximumPoolSize，则继续尝试把线程加入 BlockingQueue 中。
- 如果 BlockingQueue 达到上限（假如设置了上限），被默认线程池启动拒绝策略，tomcat 线程池会 catch 住拒绝策略抛出的异常，再次把尝试任务加入中 BlockingQueue 中。
- 再次加入失败，启动拒绝策略。
如此努力的 Tomcat 线程池，有点萌啊。
腾讯云开发者
