原生线程池这么强大,Tomcat 为何还需扩展线程池?-轻识

前言

Tomcat/Jetty 是目前比较流行的 Web 容器，两者接受请求之后都会转交给线程池处理，这样可以有效提高处理的能力与并发度。JDK 提高完整线程池实现，但是 Tomcat/Jetty 都没有直接使用。

Jetty 采用自研方案，内部实现 QueuedThreadPool 线程池组件，而 Tomcat 采用扩展方案，踩在 JDK 线程池的肩膀上，扩展 JDK 原生线程池。

JDK 原生线程池可以说功能比较完善，使用也比较简单，那为何 Tomcat/Jetty 却不选择这个方案，反而自己去动手实现那？

JDK 线程池

通常我们可以将执行的任务分为两类：

cpu 密集型任务
io 密集型任务

cpu 密集型任务，需要线程长时间进行的复杂的运算，这种类型的任务需要少创建线程，过多的线程将会频繁引起上文切换，降低任务处理处理速度。

而 io 密集型任务，由于线程并不是一直在运行，可能大部分时间在等待 IO 读取/写入数据，增加线程数量可以提高并发度，尽可能多处理任务。

JDK 原生线程池工作流程如下：

线程池执行流程图

详情可以查看一文教你安全的关闭线程池, 上图假设使用 LinkedBlockingQueue。
灵魂拷问:上述流程是否记错过？在很长一段时间内，我都认为线程数量到达最大线程数，才放入队列中。￣□￣｜｜
上图中可以发现只要线程池线程数量大于核心线程数，就会先将任务加入到任务队列中，只有任务队列加入失败，才会再新建线程。也就是说原生线程池队列未满之前，最多只有核心线程数量线程。这种策略显然比较适合处理 cpu 密集型任务，但是对于 io 密集型任务，如数据库查询，rpc 请求调用等，就不是很友好了。由于 Tomcat/Jetty 需要处理大量客户端请求任务，如果采用原生线程池，一旦接受请求数量大于线程池核心线程数，这些请求就会被放入到队列中，等待核心线程处理。这样做显然降低这些请求总体处理速度，所以两者都没采用 JDK 原生线程池。解决上面的办法可以像 Jetty 自己实现线程池组件，这样就可以更加适配内部逻辑，不过开发难度比较大，另一种就像 Tomcat 一样，扩展原生 JDK 线程池，实现比较简单。下面主要以 Tomcat 扩展线程池，讲讲其实现原理。

扩展线程池

首先我们从 JDK 线程池源码出发，查看如何这个基础上扩展。

可以看到线程池流程主要分为三步，第二步根据 queue#offer 方法返回结果，判断是否需要新建线程。JDK 原生队列类型 LinkedBlockingQueue, SynchronousQueue，两者实现逻辑不尽相同。

LinkedBlockingQueue

offer 方法内部将会根据队列是否已满作为判断条件。若队列已满，返回 false，若队列未满，则将任务加入队列中，且返回 true。SynchronousQueue这个队列比较特殊，内部不会储存任何数据。若有线程将任务放入其中将会被阻塞，直到其他线程将任务取出。反之，若无其他线程将任务放入其中，该队列取任务的方法也将会被阻塞，直到其他线程将任务放入。对于 offer 方法来说，若有其他线程正在被取方法阻塞，该方法将会返回 true。反之，offer 方法将会返回 false。所以若想实现适合 io 密集型任务线程池，即优先新建线程处理任务，关键在于 queue#offer 方法。可以重写该方法内部逻辑，只要当前线程池数量小于最大线程数，该方法返回 false，线程池新建线程处理。当然上述实现逻辑比较糙，下面我们就从 Tomcat 源码查看其实现逻辑。

Tomcat 扩展线程池

Tomcat 扩展线程池直接继承 JDK 线程池 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor，重写部分方法的逻辑。另外还实现了 TaskQueue，直接继承 LinkedBlockingQueue，重写 offer 方法。首先查看 Tomcat 线程池的使用方法。

可以看到 Tomcat 线程池使用方法与普通的线程池差不太多。接着我们查看一下 Tomcat 线程池核心方法 execute 的逻辑。

execute 方法逻辑比较简单，任务核心还是交给 Java 原生线程池处理。这里主要增加一个重试策略，如果原生线程池执行拒绝策略的情况，抛出 RejectedExecutionException 异常。这里将会捕获，然后重新再次尝试将任务加入到 TaskQueue ，尽最大可能执行任务。这里需要注意 submittedCount 变量。这是 Tomcat 线程池内部一个重要的参数，它是一个 AtomicInteger 变量，将会实时统计已经提交到线程池中，但还没有执行结束的任务。也就是说 submittedCount 等于线程池队列中的任务数加上线程池工作线程正在执行的任务。TaskQueue#offer 将会使用该参数实现相应的逻辑。接着我们主要查看 TaskQueue#offer 方法逻辑。

核心逻辑在于第三步，这里如果 submittedCount 小于当前线程池线程数量，将会返回 false。上面我们讲到 offer 方法返回 false，线程池将会直接创建新线程。Dubbo 2.6.X 版本增加 EagerThreadPool，其实现原理与 Tomcat 线程池差不多，感兴趣的小伙伴可以自行翻阅。

折衷方法

上述扩展方法虽然看起不是很难，但是自己实现代价可能就比较大。若不想扩展线程池运行 io 密集型任务，可以采用下面这种折衷方法。

new ThreadPoolExecutor(10, 10,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue(100));

不过使用这种方式将会使 keepAliveTime 失效，线程一旦被创建，将会一直存在，比较浪费系统资源。

总结

JDK 实现线程池功能比较完善，但是比较适合运行 CPU 密集型任务，不适合 IO 密集型的任务。对于 IO 密集型任务可以间接通过设置线程池参数方式做到。

有道无术，术可成；有术无道，止于术

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