原生線程池這么強(qiáng)大,Tomcat 為何還需擴(kuò)展線程池?
前言
Tomcat/Jetty 是目前比較流行的 Web 容器，兩者接受請(qǐng)求之后都會(huì)轉(zhuǎn)交給線程池處理，這樣可以有效提高處理的能力與并發(fā)度。JDK 提高完整線程池實(shí)現(xiàn)，但是 Tomcat/Jetty 都沒有直接使用。
Jetty 采用自研方案，內(nèi)部實(shí)現(xiàn) QueuedThreadPool 線程池組件，而 Tomcat 采用擴(kuò)展方案，踩在 JDK 線程池的肩膀上，擴(kuò)展 JDK 原生線程池。
JDK 原生線程池可以說功能比較完善，使用也比較簡(jiǎn)單，那為何 Tomcat/Jetty 卻不選擇這個(gè)方案，反而自己去動(dòng)手實(shí)現(xiàn)那？
JDK 線程池
通常我們可以將執(zhí)行的任務(wù)分為兩類：
cpu 密集型任務(wù)
io 密集型任務(wù)
cpu 密集型任務(wù)，需要線程長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行的復(fù)雜的運(yùn)算，這種類型的任務(wù)需要少創(chuàng)建線程，過多的線程將會(huì)頻繁引起上文切換，降低任務(wù)處理處理速度。
而 io 密集型任務(wù)，由于線程并不是一直在運(yùn)行，可能大部分時(shí)間在等待 IO 讀取/寫入數(shù)據(jù)，增加線程數(shù)量可以提高并發(fā)度，盡可能多處理任務(wù)。
JDK 原生線程池工作流程如下：
線程池執(zhí)行流程圖
詳情可以查看 一文教你安全的關(guān)閉線程池, 上圖假設(shè)使用LinkedBlockingQueue。靈魂拷問:上述流程是否記錯(cuò)過？在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，我都認(rèn)為線程數(shù)量到達(dá)最大線程數(shù)，才放入隊(duì)列中。￣□￣｜｜
上圖中可以發(fā)現(xiàn)只要線程池線程數(shù)量大于核心線程數(shù)，就會(huì)先將任務(wù)加入到任務(wù)隊(duì)列中，只有任務(wù)隊(duì)列加入失敗，才會(huì)再新建線程。也就是說原生線程池隊(duì)列未滿之前，最多只有核心線程數(shù)量線程。這種策略顯然比較適合處理
cpu 密集型任務(wù)，但是對(duì)于 io 密集型任務(wù)，如數(shù)據(jù)庫(kù)查詢，rpc 請(qǐng)求調(diào)用等，就不是很友好了。由于 Tomcat/Jetty 需要處理大量客戶端請(qǐng)求任務(wù)，如果采用原生線程池，一旦接受請(qǐng)求數(shù)量大于線程池核心線程數(shù)，這些請(qǐng)求就會(huì)被放入到隊(duì)列中，等待核心線程處理。這樣做顯然降低這些請(qǐng)求總體處理速度，所以兩者都沒采用 JDK 原生線程池。解決上面的辦法可以像 Jetty 自己實(shí)現(xiàn)線程池組件，這樣就可以更加適配內(nèi)部邏輯，不過開發(fā)難度比較大，另一種就像 Tomcat 一樣，擴(kuò)展原生 JDK 線程池，實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單。下面主要以 Tomcat 擴(kuò)展線程池，講講其實(shí)現(xiàn)原理。擴(kuò)展線程池
首先我們從 JDK 線程池源碼出發(fā)，查看如何這個(gè)基礎(chǔ)上擴(kuò)展。
可以看到線程池流程主要分為三步，第二步根據(jù) queue#offer 方法返回結(jié)果，判斷是否需要新建線程。JDK 原生隊(duì)列類型 LinkedBlockingQueue, ?SynchronousQueue，兩者實(shí)現(xiàn)邏輯不盡相同。LinkedBlockingQueue
offer 方法內(nèi)部將會(huì)根據(jù)隊(duì)列是否已滿作為判斷條件。若隊(duì)列已滿，返回 false，若隊(duì)列未滿，則將任務(wù)加入隊(duì)列中，且返回 true。SynchronousQueue這個(gè)隊(duì)列比較特殊，內(nèi)部不會(huì)儲(chǔ)存任何數(shù)據(jù)。若有線程將任務(wù)放入其中將會(huì)被阻塞，直到其他線程將任務(wù)取出。反之，若無(wú)其他線程將任務(wù)放入其中，該隊(duì)列取任務(wù)的方法也將會(huì)被阻塞，直到其他線程將任務(wù)放入。對(duì)于 offer 方法來說，若有其他線程正在被取方法阻塞，該方法將會(huì)返回 true。反之，offer 方法將會(huì)返回 false。所以若想實(shí)現(xiàn)適合 io 密集型任務(wù)線程池，即優(yōu)先新建線程處理任務(wù)，關(guān)鍵在于 queue#offer ?方法。可以重寫該方法內(nèi)部邏輯，只要當(dāng)前線程池?cái)?shù)量小于最大線程數(shù)，該方法返回 false，線程池新建線程處理。當(dāng)然上述實(shí)現(xiàn)邏輯比較糙，下面我們就從 Tomcat 源碼查看其實(shí)現(xiàn)邏輯。Tomcat 擴(kuò)展線程池
Tomcat 擴(kuò)展線程池直接繼承 JDK 線程池java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor，重寫部分方法的邏輯。另外還實(shí)現(xiàn)了 TaskQueue，直接繼承 LinkedBlockingQueue，重寫 offer ?方法。首先查看 Tomcat 線程池的使用方法。
可以看到 Tomcat 線程池使用方法與普通的線程池差不太多。接著我們查看一下 Tomcat 線程池核心方法 execute ?的邏輯。
execute 方法邏輯比較簡(jiǎn)單，任務(wù)核心還是交給 Java 原生線程池處理。這里主要增加一個(gè)重試策略，如果原生線程池執(zhí)行拒絕策略的情況，拋出 RejectedExecutionException 異常。這里將會(huì)捕獲，然后重新再次嘗試將任務(wù)加入到 TaskQueue ，盡最大可能執(zhí)行任務(wù)。這里需要注意 submittedCount 變量。這是 Tomcat 線程池內(nèi)部一個(gè)重要的參數(shù)，它是一個(gè) AtomicInteger 變量，將會(huì)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)已經(jīng)提交到線程池中，但還沒有執(zhí)行結(jié)束的任務(wù)。也就是說 submittedCount 等于線程池隊(duì)列中的任務(wù)數(shù)加上線程池工作線程正在執(zhí)行的任務(wù)。TaskQueue#offer 將會(huì)使用該參數(shù)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的邏輯。接著我們主要查看 TaskQueue#offer 方法邏輯。
核心邏輯在于第三步，這里如果 submittedCount 小于當(dāng)前線程池線程數(shù)量，將會(huì)返回 false。上面我們講到 offer 方法返回 false，線程池將會(huì)直接創(chuàng)建新線程。Dubbo 2.6.X 版本增加 EagerThreadPool，其實(shí)現(xiàn)原理與 Tomcat 線程池差不多，感興趣的小伙伴可以自行翻閱。折衷方法
上述擴(kuò)展方法雖然看起不是很難，但是自己實(shí)現(xiàn)代價(jià)可能就比較大。若不想擴(kuò)展線程池運(yùn)行 io 密集型任務(wù)，可以采用下面這種折衷方法。new ThreadPoolExecutor(10, 10,不過使用這種方式將會(huì)使
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue(100));
keepAliveTime 失效，線程一旦被創(chuàng)建，將會(huì)一直存在，比較浪費(fèi)系統(tǒng)資源。總結(jié)
JDK 實(shí)現(xiàn)線程池功能比較完善，但是比較適合運(yùn)行 CPU 密集型任務(wù)，不適合 IO 密集型的任務(wù)。對(duì)于 IO 密集型任務(wù)可以間接通過設(shè)置線程池參數(shù)方式做到。有道無(wú)術(shù)，術(shù)可成；有術(shù)無(wú)道，止于術(shù)
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