【Java】编程之美！从线程池状态管理来看二进制操作之美

【Java】编程之美！从线程池状态管理来看二进制操作之美

二进制操作在框架设计中被频繁使用，使用二进制在不同场景有提升计算速度、较少内存占用等多种优点；

下面，我们依据线程池的状态管理，来看下怎么通过操作二进制对状态进行管理，过程中会发现编程之美~

线程池状态

首先，为了文章的完整性，我们还是先了解一下线程池的状态，总结如下如：
【Java】编程之美！从线程池状态管理来看二进制操作之美

线程池状态分为5种：RUNNING、SHUTDOWN、STOP、TIDYING、TERMINATED

状态代表的含义

  • RUNNING：（运行）接收新task，并且处理正在排队的task，不中断正在执行的任务

  • SHUTDOWN：（关闭）不接受新的task，只处理正在排队的task，不中断正在执行的任务

  • STOP：（停止）不接受新的task，也不处理正在排队的task，并且中断正在执行的任务

  • TIDYING：（整理）所有的task都已经终止，上述提到的workCount当前活跃线程数为0，被中断的任务和正在排队的任务执行当前任务的terminated()钩子方法

  • TERMINATED：（已终止）标识上述的TIDYING的过程结束，标识当前线程池成功完全停止的状态

状态转换

大致的流程就是：

RUNNING --> SHUTDOWN --> STOP --> TIDYING --> TERMINATED

上述流程是一个单方向的顺序，也就是说不会出现类似于STOP --> SHUTDOWN 这种情况；

另外，并不是每一个状态多必须经过的；

什么时候进行线程池的状态转换呢？

  • RUNNING -> SHUTDOWN：调用终止线程的方法shutdown()后

  • RUNNING or SHUTDOWN -> STOP：调用shutdownNow()方法后，不管当前在RUNNING状态还是SHUTDOWN状态，都是直接转为STOP状态

  • SHUTDOWN -> TIDYING：SHUTDOWN状态下当等待队列 和 正在执行的任务 都为空时，状态转为TIDYING

  • STOP -> TIDYING：STOP状态下当正在执行的任务全部中断完毕后，状态转为TIDYING

  • TIDYING -> TERMINATED：TIDYING状态下当所有的terminated()钩子方法全部执行完毕后，状态转为TERMINATED，线程池关闭完毕！

管理线程池状态

线程池中管理线程池状态 和 线程池当前活跃线程数，是通过一个AtomicInteger变量来管理这两个状态的

什么？ 一个变量管理两个这么不相干的状态？ 对的;

CTL变量何许人也

让我们来看一下线程池针对这部分的实现：

    private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;
// runState is stored in the high-order bits
private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;
// Packing and unpacking ctl
private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }
private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }
private static boolean isRunning(int c) {  return c < SHUTDOWN;}

下面，我们来剖析一下上述的实现：
线程池包含5种状态如下：具体线程的状态代表的含义和状态的转换，下面会有讲解：

    private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

我们知道在java中 int 类型占用4个字节32位存储， 上述的几种状态：
底层存储二进制为：

左移<<COUNT_BITS位， COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3 也就是 COUNT_BITS = 29，改句子说明用32位的前3位存储线程池的状态
后29位存储线程池中当前线程的个数， << COUNT_BITS后，变为下面的二进制：

我们可以看到，前三位存储的是 标识线程状态的二进制

对于初始化存储这些状态的变量 AtomicInteger ctl

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0))

初始化AtomicInteger变量ctl，其中ctlOf(RUNNING, 0) 代码为：

private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

其中rs标识线程池当前状态，wc为work count标识当前工作线程的数量

上述传入的是ctlOf(RUNNING, 0) ，当前状态为RUNING也就是1110 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ，wc为0，也就是当前工作线程数为0，其二进制为0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ，做"|"或操作，即

上述得到的结果1110 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000就标识，当前线程池状态为RUNNING，线程池活跃线程个数为0！

如何管理？

通过上述创建的ctl变量获取 线程池当前状态 和 线程中活跃线程个数 这两个状态：

获取线程池当前状态，我们可以想一下该如何获取呢？ 现在知道的是ctl的前3位是线程池的状态，那我们直接构造一个前三位为1，后29位为0的int即可，然后取余就可以了呗，下面看下源码的实现，就是如此：
使用方法runStateOf

 private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }

其中CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1 转化为二进制为：
0001 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
取反"~"后，二进制为：
1110 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
也就是将前3位全部变为1，后面全部变为0；
接下来，传入的ctl变量和~CAPACITY做“&”操作，只会保留ctl变量的前3位变量，后29位变量全部为0；

例如：一个标识当前状态为STOP状态的线程池和当前活跃线程数为3的ctl变量为：
0010 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
和上述得到的1110 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000做“&”操作后得到：
0010 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 和上述分析的STOP的状态的二进制相同！ 即获得了当前线程的状态！

获取线程池当前状态，也很简单，我们知道ctl变量的32的后29位存储的是当前活跃线程数，直接构造一个前三位为0，后29位为1的int即可，然后取余就可以获取到了
使用方法workerCountOf

private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }

上述知道CAPACITY为：0001 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

例如：一个标识当前状态为STOP状态的线程池和当前活跃线程数为3的ctl变量为：
0010 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 和 0001 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 取与后:
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
标识当前线程池中活跃线程数量为3！

一些方法

1、计算ctl的值

方法：

private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

其中，入参rs代表当前线程状态，wc代表当前活跃线程数，取“|”或即可
上述代码不出现问题的前提是：rs只使用的前3位，wc只使用了后29位！

2、判断当前线程池是否正在运行

方法：

private static boolean isRunning(int c) {  return c <小于SHUTDOWN;}值即可！

上述我们知道，5中状态只有RUNNING小于0，SHUTDOWN状态等于0，其他的都是大于0的，所以我们直接把给定的ctl值小于SHUTDOWN值即可！

最后

上述，我们介绍了 线程池的状态 管理部分，主要通过不同位置的二进制来进行标识不同的状态，工作学习还会发现更多巧妙美妙的设计，等待着作为程序员我们去发现；

以上是 【Java】编程之美！从线程池状态管理来看二进制操作之美 的全部内容， 来源链接： utcz.com/a/92674.html

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