Tomcat如何修正JDK原生线程池bug？

码农沉思录

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· 2022-07-26

为提高处理能力和并发度，Web容器一般会把处理请求的任务放到线程池，而JDK的原生线程池先天适合CPU密集型任务，并不适合我们通常的 I/O 密集任务处理，于是Tomcat改造之。

Tomcat 线程池原理

其实ThreadPoolExecutor的参数主要有如下关键点：

限制线程个数
限制队列长度

而Tomcat对这俩资源都需要限制，否则高并发下CPU、内存都有被耗尽可能。因此Tomcat的线程池传参：

// 定制的任务队列taskqueue = new TaskQueue(maxQueueSize);
// 定制的线程工厂TaskThreadFactory tf = new TaskThreadFactory(namePrefix,                               daemon,                               getThreadPriority());
// 定制线程池executor = new ThreadPoolExecutor(getMinSpareThreads(),                  getMaxThreads(),                     maxIdleTime,                      TimeUnit.MILLISECONDS,                     taskqueue,                     tf);

Tomcat对线程数也有限制，设置：

核心线程数（minSpareThreads）
最大线程池数（maxThreads）

Tomcat线程池还有自己的特色任务处理流程，通过重写execute方法实现了自己的特色任务处理逻辑：

前corePoolSize个任务时，来一个任务就创建一个新线程
再有任务，就把任务放入任务队列，让所有线程去抢。若队列满，就创建临时线程
总线程数达到maximumPoolSize，则继续尝试把任务放入任务队列
若缓冲队列也满了，插入失败，执行拒绝策略

和 JDK 线程池的区别就在step3，Tomcat在线程总数达到最大数时，不是立即执行拒绝策略，而是再尝试向任务队列添加任务，添加失败后再执行拒绝策略。

具体又是如何实现的呢？

public void execute(Runnable command, long timeout, TimeUnit unit) {    submittedCount.incrementAndGet();    try {        // 调用JDK原生线程池的execute执行任务        super.execute(command);    } catch (RejectedExecutionException rx) {       // 总线程数达到maximumPoolSize后，JDK原生线程池会执行默认拒绝策略        if (super.getQueue() instanceof TaskQueue) {            final TaskQueue queue = (TaskQueue)super.getQueue();            try {                // 继续尝试把任务放入任务队列                if (!queue.force(command, timeout, unit)) {                    submittedCount.decrementAndGet();                    // 若缓冲队列还是满了，插入失败，执行拒绝策略。                    throw new RejectedExecutionException("...");                }            }         }    }}

定制任务队列

Tomcat线程池的execute方法第一行：

submittedCount.incrementAndGet();

任务执行失败，抛异常时，将该计数器减一：

submittedCount.decrementAndGet();

Tomcat线程池使用 submittedCount 变量维护已提交到线程池，但未执行完的任务数量。

为何要维护这样一个变量呢？

Tomcat的任务队列TaskQueue扩展了JDK的LinkedBlockingQueue，Tomcat给了它一个capacity，传给父类LinkedBlockingQueue的构造器。

public class TaskQueue extends LinkedBlockingQueue<Runnable> {
  public TaskQueue(int capacity) {      super(capacity);  }  ...}

capacity参数通过Tomcat的 maxQueueSize 参数设置，但maxQueueSize默认值为Integer.MAX_VALUE：这样，当前线程数达到核心线程数后，再来的任务，线程池会把任务添加到任务队列，并且总会成功，就永远无机会创建新线程了。

为此，TaskQueue重写了LinkedBlockingQueue#offer，在合适时机返回false，表示任务添加失败，线程池此时会创建新的线程。

什么叫合适时机？

public class TaskQueue extends LinkedBlockingQueue<Runnable> {
  ...   @Override  // 线程池调用任务队列的方法时，当前线程数 ＞ core线程数  public boolean offer(Runnable o) {
      // 若线程数已达max，则不能创建新线程，只能放入任务队列      if (parent.getPoolSize() == parent.getMaximumPoolSize())           return super.offer(o);                // 至此，表明 max线程数 > 当前线程数 ＞ core线程数      // 说明可创建新线程：            // 1. 若已提交任务数 ＜ 当前线程数      //    表明还有空闲线程，无需创建新线程      if (parent.getSubmittedCount()<=(parent.getPoolSize()))           return super.offer(o);                // 2. 若已提交任务数 ＞ 当前线程数      //    线程不够用了，返回false去创建新线程      if (parent.getPoolSize()<parent.getMaximumPoolSize())           return false;                // 默认情况下总是把任务放入任务队列      return super.offer(o);  }  }