并发编程（十一）—— Java 线程池 实现原理与源码深度解析（一）
史上最清晰的线程池源码分析
鼎鼎大名的线程池。不需要多说!!!!!
这篇博客深入分析 Java 中线程池的实现。
总览
下图是 java 线程池几个相关类的继承结构：
先简单说说这个继承结构，Executor 位于最顶层，也是最简单的，就一个 execute(Runnable runnable) 接口方法定义。
ExecutorService 也是接口，在 Executor 接口的基础上添加了很多的接口方法，所以一般来说我们会使用这个接口。
然后再下来一层是 AbstractExecutorService，从名字我们就知道，这是抽象类，这里实现了非常有用的一些方法供子类直接使用，之后我们再细说。
然后才到我们的重点部分 ThreadPoolExecutor 类，这个类提供了关于线程池所需的非常丰富的功能。
线程池中的 BlockingQueue 也是非常重要的概念，如果线程数达到 corePoolSize，我们的每个任务会提交到等待队列中，等待线程池中的线程来取任务并执行。这里的 BlockingQueue 通常我们使用其实现类 LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue 和 SynchronousQueue，每个实现类都有不同的特征，使用场景之后会慢慢分析。想要详细了解各个 BlockingQueue 的读者，可以参考我的前面的一篇对 BlockingQueue 的各个实现类进行详细分析的文章。
使用示例
1 package main.java.Juc; 2 3 import java.util.concurrent.ExecutorService; 4 import java.util.concurrent.Executors; 5 6 class MyRunnable implements Runnable { 7 @Override 8 public void run() { 9 for (int x = 0; x < 100; x++) { 10 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + x); 11 } 12 } 13 } 14 15 public class TestThreadPool { 16 public static void main(String[] args) { 17 // 创建一个线程池对象，控制要创建几个线程对象。 18 ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2); 19 20 // 可以执行Runnable对象或者Callable对象代表的线程 21 pool.execute(new MyRunnable()); 22 pool.execute(new MyRunnable()); 23 24 //结束线程池 25 pool.shutdown(); 26 } 27 }
运行结果：
Executor 接口
1 public interface Executor { 2 void execute(Runnable command); 3 }
我们可以看到 Executor 接口非常简单，就一个 void execute(Runnable command) 方法，代表提交一个任务。
当然了，Executor 这个接口只有提交任务的功能，太简单了，我们想要更丰富的功能，比如我们想知道执行结果、我们想知道当前线程池有多少个线程活着、已经完成了多少任务等等，这些都是这个接口的不足的地方。接下来我们要介绍的是继承自 Executor 接口的 ExecutorService 接口，这个接口提供了比较丰富的功能，也是我们最常使用到的接口。
ExecutorService
那么我们简单初略地来看一下这个接口中都有哪些方法：
1 public interface ExecutorService extends Executor { 2 3 // 关闭线程池，已提交的任务继续执行，不接受继续提交新任务 4 void shutdown(); 5 6 // 关闭线程池，尝试停止正在执行的所有任务，不接受继续提交新任务 7 // 它和前面的方法相比，加了一个单词“now”，区别在于它会去停止当前正在进行的任务 8 List<Runnable> shutdownNow(); 9 10 // 线程池是否已关闭 11 boolean isShutdown(); 12 13 // 如果调用了 shutdown() 或 shutdownNow() 方法后，所有任务结束了，那么返回true 14 // 这个方法必须在调用shutdown或shutdownNow方法之后调用才会返回true 15 boolean isTerminated(); 16 17 // 等待所有任务完成，并设置超时时间 18 // 我们这么理解，实际应用中是，先调用 shutdown 或 shutdownNow， 19 // 然后再调这个方法等待所有的线程真正地完成，返回值意味着有没有超时 20 boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) 21 throws InterruptedException; 22 23 // 提交一个 Callable 任务 24 <T> Future<T> submit(Callable<T> task); 25 26 // 提交一个 Runnable 任务，第二个参数将会放到 Future 中，作为返回值， 27 // 因为 Runnable 的 run 方法本身并不返回任何东西 28 <T> Future<T> submit(Runnable task, T result); 29 30 // 提交一个 Runnable 任务 31 Future<?> submit(Runnable task); 32 33 ...... 34 }
这些方法都很好理解，一个简单的线程池主要就是这些功能，能提交任务，能获取结果，能关闭线程池，这也是为什么我们经常用这个接口的原因。
AbstractExecutorService
AbstractExecutorService 抽象类派生自 ExecutorService 接口，然后在其基础上实现了几个实用的方法，这些方法提供给子类进行调用。
这个抽象类实现了 ExecutorService 中的 submit 方法，newTaskFor 方法用于将任务包装成 FutureTask。定义于最上层接口 Executor中的 void execute(Runnable command) 由于不需要获取结果，不会进行 FutureTask 的包装。
1 public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService { 2 3 // RunnableFuture 是用于获取执行结果的，我们常用它的子类 FutureTask 4 // 下面两个 newTaskFor 方法用于将我们的任务包装成 FutureTask 提交到线程池中执行 5 protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) { 6 return new FutureTask<T>(runnable, value); 7 } 8 9 protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) { 10 return new FutureTask<T>(callable); 11 } 12 13 // 提交任务 14 public Future<?> submit(Runnable task) { 15 if (task == null) throw new NullPointerException(); 16 // 1. 将任务包装成 FutureTask 17 RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null); 18 // 2. 交给执行器执行，execute 方法由具体的子类来实现 19 // 前面也说了，FutureTask 间接实现了Runnable 接口。 20 execute(ftask); 21 return ftask; 22 } 23 24 public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) { 25 if (task == null) throw new NullPointerException(); 26 // 1. 将任务包装成 FutureTask 27 RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task, result); 28 // 2. 交给执行器执行 29 execute(ftask); 30 return ftask; 31 } 32 33 public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) { 34 if (task == null) throw new NullPointerException(); 35 // 1. 将任务包装成 FutureTask 36 RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task); 37 // 2. 交给执行器执行 38 execute(ftask); 39 return ftask; 40 } 41 }
到这里，我们发现，这个抽象类包装了一些基本的方法，可是 submit等方法，它们都没有真正开启线程来执行任务，它们都只是在方法内部调用了 execute 方法，所以最重要的 execute(Runnable runnable) 方法还没出现，这里我们要说的就是 ThreadPoolExecutor 类了。
ThreadPoolExecutor
我们经常会使用 Executors 这个工具类来快速构造一个线程池，对于初学者而言，这种工具类是很有用的，开发者不需要关注太多的细节，只要知道自己需要一个线程池，仅仅提供必需的参数就可以了，其他参数都采用作者提供的默认值。
1 public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { 2 return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 3 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, 4 new LinkedBlockingQueue<Runnable>()); 5 } 6 public static ExecutorService newCachedThreadPool() { 7 return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 8 60L, TimeUnit.SECONDS, 9 new SynchronousQueue<Runnable>()); 10 }
这里先不说有什么区别，它们最终都会导向这个构造方法：
1 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, 2 int maximumPoolSize, 3 long keepAliveTime, 4 TimeUnit unit, 5 BlockingQueue<Runnable> workQueue, 6 ThreadFactory threadFactory, 7 RejectedExecutionHandler handler) { 8 if (corePoolSize < 0 || 9 maximumPoolSize <= 0 || 10 maximumPoolSize < corePoolSize || 11 keepAliveTime < 0) 12 throw new IllegalArgumentException(); 13 // 这几个参数都是必须要有的 14 if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null) 15 throw new NullPointerException(); 16 17 this.corePoolSize = corePoolSize; 18 this.maximumPoolSize = maximumPoolSize; 19 this.workQueue = workQueue; 20 this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime); 21 this.threadFactory = threadFactory; 22 this.handler = handler; 23 }
上面的构造方法中列出了我们最需要关心的几个属性了，下面逐个介绍下构造方法中出现的这几个属性：
- corePoolSize
线程池中的核心线程数。
- maximumPoolSize
最大线程数，线程池允许创建的最大线程数。如果当前阻塞队列满了，且继续提交任务，则创建新的线程执行任务，前提是当前线程数小于maximumPoolSize；当阻塞队列是无界队列, 则maximumPoolSize则不起作用, 因为无法提交至核心线程池的线程会一直持续地放入workQueue
- workQueue
用来保存等待被执行的任务的阻塞队列. 在JDK中提供了如下阻塞队列：
(1) ArrayBlockingQueue：基于数组结构的有界阻塞队列，按FIFO排序任务；
(2) LinkedBlockingQuene：基于链表结构的阻塞队列，按FIFO排序任务，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQuene；
(3) SynchronousQuene：一个不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQuene；
(4) priorityBlockingQuene：具有优先级的无界阻塞队列；
有兴趣的可以看看我前面关于BlockingQuene的文章
- keepAliveTime
空闲线程的保活时间，如果某线程的空闲时间超过这个值都没有任务给它做，那么可以被关闭了。注意这个值并不会对所有线程起作用，如果线程池中的线程数少于等于核心线程数 corePoolSize，那么这些线程不会因为空闲太长时间而被关闭，当然，也可以通过调用 allowCoreThreadTimeOut(true)使核心线程数内的线程也可以被回收；默认情况下，该参数只在线程数大于corePoolSize时才有用, 超过这个时间的空闲线程将被终止。
- unit
keepAliveTime的单位
- threadFactory
用于生成线程，一般我们可以用默认的就可以了。通常，我们可以通过它将我们的线程的名字设置得比较可读一些，如 Message-Thread-1， Message-Thread-2 类似这样。
- handler
线程池的饱和策略，当阻塞队列满了，且没有空闲的工作线程，如果继续提交任务，必须采取一种策略处理该任务，线程池提供了4种策略：
AbortPolicy：直接抛出异常，默认策略；
CallerRunsPolicy：用调用者所在的线程来执行任务；
DiscardOldestPolicy：丢弃阻塞队列中靠最前的任务，并执行当前任务；
DiscardPolicy：直接丢弃任务；
当然也可以根据应用场景实现RejectedExecutionHandler接口，自定义饱和策略，如记录日志或持久化存储不能处理的任务。
除了上面几个属性外，我们再看看其他重要的属性。
1 private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0)); 2 3 // 这里 COUNT_BITS 设置为 29(32-3)，意味着前三位用于存放线程状态，后29位用于存放线程数 4 private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3; 5 6 // 000 11111111111111111111111111111 7 // 这里得到的是 29 个 1，也就是说线程池的最大线程数是 2^29-1=536870911 8 // 以我们现在计算机的实际情况，这个数量还是够用的 9 private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1; 10 11 // 我们说了，线程池的状态存放在高 3 位中 12 // 运算结果为 111跟29个0：111 00000000000000000000000000000 13 private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS; 14 // 000 00000000000000000000000000000 15 private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS; 16 // 001 00000000000000000000000000000 17 private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS; 18 // 010 00000000000000000000000000000 19 private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS; 20 // 011 00000000000000000000000000000 21 private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS; 22 23 // 将整数 c 的低 29 位修改为 0，就得到了线程池的状态 24 private static int runStateOf(int c) { return c & ~CAPACITY; } 25 // 将整数 c 的高 3 为修改为 0，就得到了线程池中的线程数 26 private static int workerCountOf(int c) { return c & CAPACITY; } 27 28 private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; } 29 30 private static boolean runStateLessThan(int c, int s) { 31 return c < s; 32 } 33 34 private static boolean runStateAtLeast(int c, int s) { 35 return c >= s; 36 } 37 38 private static boolean isRunning(int c) { 39 return c < SHUTDOWN; 40 }
在这里，介绍下线程池中的各个状态和状态变化的转换过程：
- RUNNING：这个没什么好说的，这是最正常的状态：接受新的任务，处理等待队列中的任务
- SHUTDOWN：不接受新的任务提交，但是会继续处理等待队列中的任务
- STOP：不接受新的任务提交，不再处理等待队列中的任务，中断正在执行任务的线程
- TIDYING：所有的任务都销毁了，workCount 为 0。线程池的状态在转换为 TIDYING 状态时，会执行钩子方法 terminated()
- TERMINATED：terminated() 方法结束后，线程池的状态就会变成这个
看了这几种状态的介绍，读者大体也可以猜到十之八九的状态转换了，各个状态的转换过程有以下几种：
- RUNNING -> SHUTDOWN：当调用了 shutdown() 后，会发生这个状态转换，这也是最重要的
- (RUNNING or SHUTDOWN) -> STOP：当调用 shutdownNow() 后，会发生这个状态转换，这下要清楚 shutDown() 和 shutDownNow() 的区别了
- SHUTDOWN -> TIDYING：当任务队列和线程池都清空后，会由 SHUTDOWN 转换为 TIDYING
- STOP -> TIDYING：当任务队列清空后，发生这个转换
- TIDYING -> TERMINATED：这个前面说了，当 terminated() 方法结束后
另外，我们还要看看一个内部类 Worker，因为 Doug Lea 把线程池中的线程包装成了一个个 Worker，翻译成工人，就是线程池中做任务的线程。所以到这里，我们知道任务是 Runnable（内部叫 task 或 command），线程是 Worker。
1 private final class Worker 2 extends AbstractQueuedSynchronizer 3 implements Runnable{ 4 private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L; 5 6 // 这个是真正的线程，任务靠你啦 7 final Thread thread; 8 9 // 前面说了，这里的 Runnable 是任务。为什么叫 firstTask？因为在创建线程的时候，如果同时指定了 10 // 这个线程起来以后需要执行的第一个任务，那么第一个任务就是存放在这里的(线程可不止执行这一个任务) 11 // 当然了，也可以为 null，这样线程起来了，自己到任务队列（BlockingQueue）中取任务（getTask 方法）就行了 12 Runnable firstTask; 13 14 // 用于存放此线程完全的任务数，注意了，这里用了 volatile，保证可见性 15 volatile long completedTasks; 16 17 // Worker 只有这一个构造方法，传入 firstTask，也可以传 null 18 Worker(Runnable firstTask) { 19 setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker 20 this.firstTask = firstTask; 21 // 调用 ThreadFactory 来创建一个新的线程,这里创建的线程到时候用来执行任务 22 this.thread = getThreadFactory().newThread(this); 23 } 24 25 // 这里调用了外部类的 runWorker 方法 26 public void run() { 27 runWorker(this); 28 } 29 30 ... 31 }
有了上面的这些基础后，我们终于可以看看 ThreadPoolExecutor 的 execute 方法了，前面源码分析的时候也说了，各种方法都最终依赖于 execute 方法：
1 public void execute(Runnable command) { 2 if (command == null) 3 throw new NullPointerException(); 4 5 // 前面说的那个表示 "线程池状态" 和 "线程数" 的整数 6 int c = ctl.get(); 7 8 // 如果当前线程数少于核心线程数，那么直接添加一个 worker 来执行任务， 9 // 创建一个新的线程，并把当前任务 command 作为这个线程的第一个任务(firstTask) 10 if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { 11 // 添加任务成功，那么就结束了。提交任务嘛，线程池已经接受了这个任务，这个方法也就可以返回了 12 // 至于执行的结果，到时候会包装到 FutureTask 中。 13 // 这里的true代表当前线程数小于corePoolSize，表示以corePoolSize为线程数界限 14 if (addWorker(command, true)) 15 return; 16 c = ctl.get(); 17 } 18 // 到这里说明，要么当前线程数大于等于核心线程数，要么刚刚 addWorker 失败了 19 // 如果线程池处于 RUNNING 状态，把这个任务添加到任务队列 workQueue 中 20 if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { 21 int recheck = ctl.get(); 22 // 如果线程池已不处于 RUNNING 状态，那么移除已经入队的这个任务，并且执行拒绝策略 23 if (! isRunning(recheck) && remove(command)) 24 reject(command); 25 else if (workerCountOf(recheck) == 0) 26 addWorker(null, false); 27 } 28 // 如果 workQueue 队列满了，那么进入到这个分支 29 // 这里的false代表当前线程数大于corePoolSize，表示以 maximumPoolSize 为界创建新的 worker 30 // 如果失败，说明当前线程数已经达到 maximumPoolSize，执行拒绝策略 31 else if (!addWorker(command, false)) 32 reject(command); 33 }
我们可以看看大体的执行流程
这个方法非常重要 addWorker(Runnable firstTask, boolean core) 方法，我们看看它是怎么创建新的线程的：
1 // 第一个参数是准备提交给这个线程执行的任务，之前说了，可以为 null 2 // 第二个参数为 true 代表使用核心线程数 corePoolSize 作为创建线程的界线，也就说创建这个线程的时候， 3 // 如果线程池中的线程总数已经达到 corePoolSize，那么返回false 4 // 如果是 false，代表使用最大线程数 maximumPoolSize 作为界线，线程池中的线程总数已经达到 maximumPoolSize，那么返回false 5 private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) { 6 retry: 7 for (;;) { 8 int c = ctl.get(); 9 int rs = runStateOf(c); 10 11 // 如果线程池已关闭，并满足以下条件之一，那么不创建新的 worker： 12 // 1. 线程池状态大于 SHUTDOWN，其实也就是 STOP, TIDYING, 或 TERMINATED 13 // 2. firstTask != null 14 // 3. workQueue.isEmpty() 15 if (rs >= SHUTDOWN && 16 ! (rs == SHUTDOWN && 17 firstTask == null && 18 ! workQueue.isEmpty())) 19 return false; 20 21 for (;;) { 22 int wc = workerCountOf(c); 23 //这里就是通过core参数对当前线程数的判断 24 if (wc >= CAPACITY || 25 wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)) 26 return false; 27 if (compareAndIncrementWorkerCount(c)) 28 break retry; 29 c = ctl.get(); 30 if (runStateOf(c) != rs) 31 continue retry; 32 // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop 33 } 34 } 35 36 /* 37 * 到这里，我们认为在当前这个时刻，可以开始创建线程来执行任务了， 38 */ 39 40 // worker 是否已经启动 41 boolean workerStarted = false; 42 // 是否已将这个 worker 添加到 workers 这个 HashSet 中 43 boolean workerAdded = false; 44 Worker w = null; 45 try { 46 final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; 47 // 把 firstTask 传给 worker 的构造方法 48 w = new Worker(firstTask); 49 // 取 worker 中的线程对象，之前说了，Worker的构造方法会调用 ThreadFactory 来创建一个新的线程 50 final Thread t = w.thread; 51 if (t != null) { 52 // 这个是整个类的全局锁，因为关闭一个线程池需要这个锁，至少我持有锁的期间，线程池不会被关闭 53 mainLock.lock(); 54 try { 55 56 int c = ctl.get(); 57 int rs = runStateOf(c); 58 59 // 小于 SHUTTDOWN 那就是 RUNNING 60 // 如果等于 SHUTDOWN，前面说了，不接受新的任务，但是会继续执行等待队列中的任务 61 if (rs < SHUTDOWN || 62 (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) { 63 // worker 里面的 thread 可不能是已经启动的 64 if (t.isAlive()) 65 throw new IllegalThreadStateException(); 66 // 加到 workers 这个 HashSet 中 67 workers.add(w); 68 int s = workers.size(); 69 // largestPoolSize 用于记录 workers 中的个数的最大值 70 // 因为 workers 是不断增加减少的，通过这个值可以知道线程池的大小曾经达到的最大值 71 if (s > largestPoolSize) 72 largestPoolSize = s; 73 workerAdded = true; 74 } 75 } finally { 76 mainLock.unlock(); 77 } 78 // 添加成功的话，启动这个线程 79 if (workerAdded) { 80 // 启动线程，最重要的就是这里，下面我们会讲解如何执行任务 81 t.start(); 82 workerStarted = true; 83 } 84 } 85 } finally { 86 // 如果线程没有启动，需要做一些清理工作，如前面 workCount 加了 1，将其减掉 87 if (! workerStarted) 88 addWorkerFailed(w); 89 } 90 // 返回线程是否启动成功 91 return workerStarted; 92 }
上面第81行代码处已经启动了线程，w = new Worker(firstTask); t = w.thread，我们接着看看Worker这个类
1 private final class Worker 2 extends AbstractQueuedSynchronizer 3 implements Runnable{ 4 private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L; 5 final Thread thread; 6 Runnable firstTask; 7 volatile long completedTasks; 8 9 // Worker 只有这一个构造方法，传入 firstTask 10 Worker(Runnable firstTask) { 11 setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker 12 this.firstTask = firstTask; 13 // 调用 ThreadFactory 来创建一个新的线程,这里创建的线程到时候用来执行任务 14 // 我们发现创建线程的时候传入的值是this，我们知道创建线程可以通过继承Runnable的方法， 15 // Worker继承了Runnable，并且下面重写了run()方法 16 this.thread = getThreadFactory().newThread(this); 17 } 18 19 // 由上面创建线程时传入的this,上面的thread启动后，会执行这里的run()方法，并且此时runWorker传入的也是this 20 public void run() { 21 runWorker(this); 22 } 23 }
继续往下看 runWorker 方法：
1 // 此方法由 worker 线程启动后调用，这里用一个 while 循环来不断地从等待队列中获取任务并执行 2 // 前面说了，worker 在初始化的时候，可以指定 firstTask，那么第一个任务也就可以不需要从队列中获取 3 final void runWorker(Worker w) { 4 Thread wt = Thread.currentThread(); 5 // 该线程的第一个任务(如果有的话) 6 Runnable task = w.firstTask; 7 w.firstTask = null; 8 w.unlock(); // allow interrupts 9 boolean completedAbruptly = true; 10 try { 11 // 循环调用 getTask 获取任务 12 while (task != null || (task = getTask()) != null) { 13 w.lock(); 14 // 如果线程池状态大于等于 STOP，那么意味着该线程也要中断 15 if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) || 16 (Thread.interrupted() && 17 runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) && 18 !wt.isInterrupted()) 19 wt.interrupt(); 20 try { 21 beforeExecute(wt, task); 22 Throwable thrown = null; 23 try { 24 // 到这里终于可以执行任务了，这里是最重要的，task是什么？是Worker 中的firstTask属性 25 // 也就是上面我们使用示例里面的 new MyRunnable()实例，这里就是真正的执行run方法里面的代码 26 task.run(); 27 } catch (RuntimeException x) { 28 thrown = x; throw x; 29 } catch (Error x) { 30 thrown = x; throw x; 31 } catch (Throwable x) { 32 thrown = x; throw new Error(x); 33 } finally { 34 afterExecute(task, thrown); 35 } 36 } finally { 37 // 一个任务执行完了，这个线程还可以复用，接着去队列中拉取任务执行 38 // 置空 task，准备 getTask 获取下一个任务 39 task = null; 40 // 累加完成的任务数 41 w.completedTasks++; 42 // 释放掉 worker 的独占锁 43 w.unlock(); 44 } 45 } 46 completedAbruptly = false; 47 } finally { 48 // 如果到这里，需要执行线程关闭： 49 // 说明 getTask 返回 null，也就是超过corePoolSize的线程过了超时时间还没有获取到任务，也就是说，这个 worker 的使命结束了，执行关闭 50 processWorkerExit(w, completedAbruptly); 51 } 52 }
我们看看 getTask() 是怎么获取任务的
1 // 此方法有三种可能： 2 // 1. 阻塞直到获取到任务返回。我们知道，默认 corePoolSize 之内的线程是不会被回收的， 3 // 它们会一直等待任务 4 // 2. 超时退出。keepAliveTime 起作用的时候，也就是如果这么多时间内都没有任务，那么应该执行关闭 5 // 3. 如果发生了以下条件，此方法必须返回 null: 6 // - 池中有大于 maximumPoolSize 个 workers 存在(通过调用 setMaximumPoolSize 进行设置) 7 // - 线程池处于 SHUTDOWN，而且 workQueue 是空的，前面说了，这种不再接受新的任务 8 // - 线程池处于 STOP，不仅不接受新的线程，连 workQueue 中的线程也不再执行 9 private Runnable getTask() { 10 boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out? 11 12 retry: 13 for (;;) { 14 int c = ctl.get(); 15 int rs = runStateOf(c); 16 // 两种可能 17 // 1. rs == SHUTDOWN && workQueue.isEmpty() 18 // 2. rs >= STOP 19 if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) { 20 // CAS 操作，减少工作线程数 21 decrementWorkerCount(); 22 return null; 23 } 24 25 boolean timed; // Are workers subject to culling? 26 for (;;) { 27 int wc = workerCountOf(c); 28 // 允许核心线程数内的线程回收，或当前线程数超过了核心线程数，那么有可能发生超时关闭 29 timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize; 30 if (wc <= maximumPoolSize && ! (timedOut && timed)) 31 break; 32 if (compareAndDecrementWorkerCount(c)) 33 return null; 34 c = ctl.get(); // Re-read ctl 35 // compareAndDecrementWorkerCount(c) 失败，线程池中的线程数发生了改变 36 if (runStateOf(c) != rs) 37 continue retry; 38 // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop 39 } 40 // wc <= maximumPoolSize 同时没有超时 41 try { 42 // 到 workQueue 中获取任务 43 // 如果timed=wc > corePoolSize=false,我们知道核心线程数之内的线程永远不会销毁，则执行workQueue.take();我前面文章中讲过，take()方法是阻塞方法，如果队里中有任务则取到任务，如果没有任务，则一直阻塞在这里知道有任务被唤醒。 44 //如果timed=wc > corePoolSize=true,这里将执行超时策略，poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS)会阻塞keepAliveTime这么长时间，没超时就返回任务，超时则返回null. 45 Runnable r = timed ? 46 workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) : 47 workQueue.take(); 48 if (r != null) 49 return r; 50 timedOut = true; 51 } catch (InterruptedException retry) { 52 // 如果此 worker 发生了中断，采取的方案是重试 53 // 解释下为什么会发生中断，这个读者要去看 setMaximumPoolSize 方法， 54 // 如果开发者将 maximumPoolSize 调小了，导致其小于当前的 workers 数量， 55 // 那么意味着超出的部分线程要被关闭。重新进入 for 循环，自然会有部分线程会返回 null 56 timedOut = false; 57 } 58 } 59 }
到这里，基本上也说完了整个流程，读者这个时候应该回到 execute(Runnable command) 方法，有两种情况会调用 reject(command) 来处理任务，因为按照正常的流程，线程池此时不能接受这个任务，所以需要执行我们的拒绝策略。接下来，我们说一说 ThreadPoolExecutor 中的拒绝策略。
1 final void reject(Runnable command) { 2 // 执行拒绝策略 3 handler.rejectedExecution(command, this); 4 }
此处的 handler 我们需要在构造线程池的时候就传入这个参数，它是 RejectedExecutionHandler 的实例。
RejectedExecutionHandler 在 ThreadPoolExecutor 中有四个已经定义好的实现类可供我们直接使用，当然，我们也可以实现自己的策略，不过一般也没有必要。
1 // 只要线程池没有被关闭，那么由提交任务的线程自己来执行这个任务。 2 public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler { 3 public CallerRunsPolicy() { } 4 public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { 5 if (!e.isShutdown()) { 6 r.run(); 7 } 8 } 9 } 10 11 // 不管怎样，直接抛出 RejectedExecutionException 异常 12 // 这个是默认的策略，如果我们构造线程池的时候不传相应的 handler 的话，那就会指定使用这个 13 public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler { 14 public AbortPolicy() { } 15 public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { 16 throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() + 17 " rejected from " + 18 e.toString()); 19 } 20 } 21 22 // 不做任何处理，直接忽略掉这个任务 23 public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler { 24 public DiscardPolicy() { } 25 public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { 26 } 27 } 28 29 // 这个相对霸道一点，如果线程池没有被关闭的话， 30 // 把队列队头的任务(也就是等待了最长时间的)直接扔掉，然后提交这个任务到等待队列中 31 public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler { 32 public DiscardOldestPolicy() { } 33 public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { 34 if (!e.isShutdown()) { 35 e.getQueue().poll(); 36 e.execute(r); 37 } 38 } 39 }
到这里，ThreadPoolExecutor 算是分析得差不多了
总结
我们简单回顾下线程创建的流程
- 如果当前线程数少于 corePoolSize，那么提交任务的时候创建一个新的线程，并由这个线程执行这个任务；
- 如果当前线程数已经达到 corePoolSize，那么将提交的任务添加到队列中，等待线程池中的线程去队列中取任务；
- 如果队列已满，那么创建新的线程来执行任务，需要保证池中的线程数不会超过 maximumPoolSize，如果此时线程数超过了 maximumPoolSize，那么执行拒绝策略。
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