java ThreadPoolExecutor线程池拒绝策略避坑
作者：用户9973317139738
1.场景
线程池使用DiscardOldestPolicy拒绝策略，阻塞队列使用ArrayBlockingQueue,发现在某些情形下对于得到的Future，调用get()方法当前线程会一直阻塞。
为了便于理解，将实际情景抽象为下面的代码：
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
1,
1,
1,
TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<>(1),
Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());//新建线程池时核心线程数及最大线程数都设置为1，阻塞队列使用ArrayBlockingQueue，拒绝策略为DiscardOldestPolicy
public void doBusiness(){
Task task1 = new Task();
Task task2 = new Task();
Task task3 = new Task();
Future<Boolean> future1 = threadPoolExecutor.submit(task1);//当前工作线程为0，会新建一个worker作为工作线程，并执行task1
Future<Boolean> future2 = threadPoolExecutor.submit(task2);//当前核心线程数已满，会将任务放入阻塞队列
Future<Boolean> future3 = threadPoolExecutor.submit(task3);
/*当前核心线程已满并且阻塞队列已满，execute()时会调用ThreadPoolExecutord的addWorker(command,false)，由
于目前task1还没执行完，则工作线程数量为1，已经达到了最大线程数，则addWorker(command,false)返回false，
触发对应的拒绝策略，会从阻塞队列中移除task2对应的任务(阻塞队列中并不是直接放的task2，而是以task2为入
参构造的一个FutureTask，参见AbstarctExecutorService的submit(Callable<T> task)方法*/
try{
boolean result = future2.get();
System.out.println(result);
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Test
public void test_doBusiness(){
doBusiness();//入口
}
private class Task implements Callable<Boolean>{
@Override
public Boolean call() throws Exception {
try {
Thread.sleep(1000);//模拟业务执行
return true;
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
return true;
}
}
2. 原因分析
通过上面代码我们明白了阻塞队列会将task2对应的任务移除，那么为何移除之后调用get()方法线程会一直阻塞呢？
其实Future future2= threadPoolExecutor.submit(task2)实际会调用AbstractExecutorService的submit(Callable task)方法，并且最终返回的future2实际是一个FutureTask类型。
public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
if (task == null) throw new NullPointerException();
RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
execute(ftask);
return ftask;
}
protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {
return new FutureTask<T>(callable);
}
因此，我们直接看FutureTask的get()方法
public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
int s = state;
if (s <= COMPLETING)
s = awaitDone(false, 0L);
return report(s);
}
由于future2已经从阻塞队列中移除，并且从始至终都没有工作线程执行它，即FutureTask的状态一直都为NEW状态，其会进入awaitDone(false,0L)中，接下列我们追踪该方法。
private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
throws InterruptedException {
final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
WaitNode q = null;
boolean queued = false;
for (;;) {
if (Thread.interrupted()) {
removeWaiter(q);
throw new InterruptedException();
}
int s = state;
if (s > COMPLETING) {
if (q != null)
q.thread = null;
return s;
}
else if (s == COMPLETING) // cannot time out yet
Thread.yield();
else if (q == null)//第一次进for循环时q==null，进入到该分支
q = new WaitNode();
else if (!queued)//第二次进for循环时queue为false，则使用CAS将q置为waiters的头结点
queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,
q.next = waiters, q);
else if (timed) {
nanos = deadline - System.nanoTime();
if (nanos <= 0L) {
removeWaiter(q);
return state;
}
LockSupport.parkNanos(this, nanos);
}
else//将q置为头结点后，最终会进入这里调用park()方法，阻塞当前线程
LockSupport.park(this);
}
从上面的代码可以看出调用future2.get()后会一直阻塞在park()方法处，这便是本次问题出现的原因，
3.总结
本次问题出现主要是同时满足了以下几点：
1)使用了有界的阻塞队列ArrayBlockingQueue
2)工作线程达到了线程池配置的最大线程数
3)拒绝策略使用了DiscardOldestPolicy(使用DiscardPolicy也会出现这个问题)
4.思考
我们日常使用线程池提交任务后，如果在任务执行完成之前调用future的get()方法，当前线程会进入阻塞状态，当任务执行完成后，才会将当前线程唤醒，如何从代码上分析该流程？
首先当任务提交到线程池，如果任务当前在阻塞队列中，则FutureTask的状态依然像上面的情况一样，是处于New状态，调用get()方法依然会到达LockSupport.park(this)处，将当前线程阻塞。什么时候才会将当前线程唤醒了？
那就是当存在工作线程Worker目前分配的任务执行完成后，其会去调用Worker类的getTask()方法从阻塞队列中拿到该任务，并执行该任务的run()方法，下面是FutureTask的run()方法
public void run() {
if (state != NEW ||
!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
null, Thread.currentThread()))
return;
try {
Callable<V> c = callable;
if (c != null && state == NEW) {
V result;
boolean ran;
try {
result = c.call();
ran = true;
} catch (Throwable ex) {
result = null;
ran = false;
setException(ex);
}
if (ran)
set(result);//如果任务执行成功，则调用set(V result)方法
}
} finally {
// runner must be non-null until state is settled to
// prevent concurrent calls to run()
runner = null;
// state must be re-read after nulling runner to prevent
// leaked interrupts
int s = state;
if (s >= INTERRUPTING)
handlePossibleCancellationInterrupt(s);
}
}
其会在执行成功后，调用set(V result)方法
protected void set(V v) {
if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
outcome = v;
UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
finishCompletion();//
}
}
然后将FutureTask状态置为NORMAL(FutureTask的状态要和ThreadPoolExecutor的状态区分开),接着调用finishCompletion()方法
private void finishCompletion() {
// assert state > COMPLETING;
for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {
for (;;) {
Thread t = q.thread;//q在await()方法中设置的，其值为调用get()方法的线程
if (t != null) {
q.thread = null;
LockSupport.unpark(t);//唤醒该线程
}
WaitNode next = q.next;
if (next == null)
break;
q.next = null; // unlink to help gc
q = next;
}
break;
}
}
done();//熟悉的钩子方法
callable = null; // to reduce footprint
}
在finishCompletion中唤起因get()而阻塞的线程。
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