ThreadPoolExecutor的execute源码分析

上一篇文章指出，ThreadPoolExecutor执行的步骤如下：

1. 向线程池中添加任务，当任务数量少于corePoolSize时，会自动创建thead来处理这些任务；

2. 当添加任务数大于corePoolSize且少于maximmPoolSize时，不再创建线程，而是将这些任务放到阻塞队列中，等待被执行；

3. 接上面2的条件，且当阻塞队列满了之后，继续创建thread,从而加速处理阻塞队列；

4. 当添加任务大于maximmPoolSize时，根据饱和策略决定是否容许继续向线程池中添加任务，默认的饱和策略是AbortPolicy（直接丢弃）。

我们直接可以通过ThreadPoolExecutor的execute方法源码来跟踪这个流程。首先，由于在execute方法中常常会根据线程池的状态选择判断一些逻辑，因此在介绍该方法之前首先说一下线程池的几种方法。

1. 线程池的状态：

1. RUNNING：该状态的线程池会接收新任务，也会处理在阻塞队列中等待处理的任务；

2. SHUTDOWN：该状态的线程池不会再接收新任务，但还会处理已经提交到阻塞队列中等待处理的任务；

3. STOP：该状态的线程池不会再接收新任务，不会处理在阻塞队列中等待的任务，而且还会中断正在运行的任务；

4. TIDYING：所有任务都被终止了，workerCount为0，为此状态时还将调用terminated()方法；

5. TERMINATED：terminated()方法调用完成后变成此状态。

几个状态相关的方法：

runStateOf(int c) 方法：c & 高3位为1，低29位为0的~CAPACITY，用于获取高3位保存的线程池状态

workerCountOf(int c) 方法：c & 高3位为0，低29位为1的CAPACITY，用于获取低29位的线程数量

ctlOf(int rs, int wc) 方法：参数rs表示runState，参数wc表示workerCount，即根据runState和workerCount打包合并成ctl

也就是说32位含义：（高三位表示状态）+ （低29位表示线程数量）。

接下来分析源码：

 

2. execute代码

public void execute(Runnable command) { if (command == null) throw new NullPointerException(); /* * Proceed in 3 steps: * * 1. 如果运行的线程少于corePoolSize， * 尝试开启一个新线程去运行command，command作为这个线程的第一个任务,并运行 * * 2. 如果任务成功放入队列，我们仍需要一个双重校验去确认是否应该新建一个线程 *（因为可能存在有些线程在我们上次检查后死了），或者进入这个方法后，pool被关闭了 * 所以我们需要再次检查state，如果线程池停止了需要回滚入队列， * 如果池中没有线程了，新开启 一个线程 * * 3. 如果无法将任务入队列（可能队列满了），需要新开区一个线程 * 如果失败了，说明线程池shutdown或者饱和了，所以我们拒绝任务 */ // 1.当运行的线程少于corePoolSize, // 则直接执行command任务，addworker(command,true)会产生一个新线程来执行这个任务 int c = ctl.get(); if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { if (addWorker(command, true)) return; c = ctl.get(); } // 2. 线程池处于RUNNING状态，并将任务放入workQueue队列，但不执行addWorker(表明不创建新的线程) // 双重校验可防止添加任务到workQueue队列后，线程池状态由于意外等原因处于非RUNNING状态， // 此时就需要从workQueue队列remove掉这个任务 // 注：offer方法不会阻塞，如果不能插入队列直接返回false。(有可能造成数据丢失？这里不会，也就是说阻塞队列满了) if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { int recheck = ctl.get(); if (! isRunning(recheck) && remove(command)) reject(command); else if (workerCountOf(recheck) == 0) addWorker(null, false); } // 3. 如果线程池不是running状态或者无法入队列，执行线程池的饱和策略 else if (!addWorker(command, false)) reject(command); } 

从上面代码可知，java线程池在任务比较少时（当运行的线程少于corePoolSize），直接通过addWorker来执行任务，当任务比较多时，使用了阻塞队列，阻塞队列里存放的是Worker对象，Worker类是ThreadPoolExecutor的一个内部类，它实现了Runable接口，具有线程的功能。同时还继承了AbstractQueuedSynchronizer（AQS）,因此也具有锁的功能。那么ThreadPoolExecutor中如何去执行阻塞队列里面的Worker任务的呢？首先我们来分析一下doWorker，看它是如何执行任务，以及如何触发执行阻塞队列里面的任务的。

 

3. doWorker代码

doWorker的的作用首先是创建线程，然后执行任务，源码如下：

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) { retry: for (;;) { int c = ctl.get(); // 获取线程池运行状态， // 线程池的运行状态：runnbale=-1，shutdown=0,stop=1,tidying=2，terminated=3 int rs = runStateOf(c); // Check if queue empty only if necessary. if (rs >= SHUTDOWN && ! (rs == SHUTDOWN && firstTask == null && ! workQueue.isEmpty())) return false; // CAS算法 for (;;) { int wc = workerCountOf(c); if (wc >= CAPACITY || wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)) return false; // 如果添加任务成功，则跳出retry，也就是跳出整个循环体 if (compareAndIncrementWorkerCount(c)) break retry; c = ctl.get(); // Re-read ctl if (runStateOf(c) != rs) continue retry; // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop } } boolean workerStarted = false; boolean workerAdded = false; Worker w = null; try { w = new Worker(firstTask); // 通过线程池的ThreadFactory创建一个线程，用于执行这个firstTask任务 final Thread t = w.thread; if (t != null) { final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; mainLock.lock(); try { // Recheck while holding lock. // Back out on ThreadFactory failure or if // shut down before lock acquired. int rs = runStateOf(ctl.get()); // 说明：(rs == SHUTDOWN && firstTask == null)可能是workQueue中仍有未执行完成的任务，
 // 创建没有初始任务的worker线程执行 if (rs < SHUTDOWN || (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) { // 提前检查t线程是否启动，如果是就抛非法线程状态异常 if (t.isAlive()) throw new IllegalThreadStateException(); // workQueue队列中添加Worker对象 workers.add(w); int s = workers.size(); if (s > largestPoolSize) largestPoolSize = s; workerAdded = true; } } finally { mainLock.unlock(); } // 往HashSet中添加worker成功，启动线程 if (workerAdded) { t.start(); workerStarted = true; } } } finally { if (! workerStarted) addWorkerFailed(w); } return workerStarted; } 

代码看起来有点长，但只做了两件事：

1）用循环CAS操作来将线程数加1；

2）新建一个线程并启执行这个任务。

代码中使用的retry，它类似与goto， 用于控制跳出循环体，retry可以随意命名，只要遵循java的命名规则即可。

CAS会使用循环机制，当存在多线程的情况下，通过比较与交换，其它线程通过循环可以的更新最新值。关于CAS可以参考《深入浅出CAS》

在上面源码中可以看到，addWorker会用当前firstTask创建一个Worker对象，相当于对firstTask的包装，然后用Worker对象作为firstTask创建一个Thread，该Thread保存在Worker的thread成员变量中。在addWorker中通过t.start()启动了这个线程，线程中执行runWorker方法。

 

4. 内部类Worker

那么ThreadPoolExecutor中如何去执行阻塞队列里面的Worker任务的呢？看到这里好像还是没有答案。那接着分析Worker这个内部类：

private final class Worker extends AbstractQueuedSynchronizer implements Runnable{ private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L; /** Thread this worker is running in. Null if factory fails. */ final Thread thread; /** Initial task to run. Possibly null. */ Runnable firstTask; /** Per-thread task counter */ volatile long completedTasks; /** * Creates with given first task and thread from ThreadFactory. */ Worker(Runnable firstTask) { // 设置AQS的同步状态，大于0代表锁已经被获取 setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker this.firstTask = firstTask; this.thread = getThreadFactory().newThread(this); } /** Delegates main run loop to outer runWorker */ public void run() { // 调用ThreadPoolExecutor的runworker方法 runWorker(this); } // Lock methods // // The value 0 represents the unlocked state. // The value 1 represents the locked state. protected boolean isHeldExclusively() { return getState() != 0; } protected boolean tryAcquire(int unused) { if (compareAndSetState(0, 1)) { setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); return true; } return false; } protected boolean tryRelease(int unused) { setExclusiveOwnerThread(null); setState(0); return true; } public void lock() { acquire(1); } public boolean tryLock() { return tryAcquire(1); } public void unlock() { release(1); } public boolean isLocked() { return isHeldExclusively(); } void interruptIfStarted() { Thread t; if (getState() >= 0 && (t = thread) != null && !t.isInterrupted()) { try { t.interrupt(); } catch (SecurityException ignore) { } } } } 

在addWorker中通过t.start()启动了这个线程，线程中执行runWorker方法。

 

5. runWorker代码

到目前为止还是没有涉及到阻塞队列！可是到runWorker中就可以看到啦！

final void runWorker(Worker w) { Thread wt = Thread.currentThread(); Runnable task = w.firstTask; w.firstTask = null; w.unlock(); // allow interrupts boolean completedAbruptly = true; try { while (task != null || (task = getTask()) != null) { w.lock(); // If pool is stopping, ensure thread is interrupted; // if not, ensure thread is not interrupted. This // requires a recheck in second case to deal with // shutdownNow race while clearing interrupt if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) || (Thread.interrupted() && runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) && !wt.isInterrupted()) wt.interrupt(); try { beforeExecute(wt, task); Throwable thrown = null; try { task.run(); } catch (RuntimeException x) { thrown = x; throw x; } catch (Error x) { thrown = x; throw x; } catch (Throwable x) { thrown = x; throw new Error(x); } finally { afterExecute(task, thrown); } } finally { task = null; w.completedTasks++; w.unlock(); } } completedAbruptly = false; } finally { processWorkerExit(w, completedAbruptly); } } 

上面代码关键点是while循环和getTask()方法，通过循环不断的调用getTask()从阻塞队列中获取任务，通过这个方法，它与阻塞队列建立桥梁。目前我们已经知道当添加任务数量大于coolPoolSize（且小于maximumPoolSize）的时候，并不会创建线程，但是由于在任务数量小于coolPoolSize之前调用了addWorker并触发t.star()执行，从而调用了runWorker,通过循环不断的调用getTask()从阻塞队列中获取任务，如果getTask()返回不为null，则上锁，执行任务，任务执行完成之后解锁。如果getTask()返回null，改变completedAbrutly状态，然后调用processWorkerExit() 退出worker线程。

 

6. getTask代码

由第5点引出了getTask方法。

 private Runnable getTask() {
        boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out? for (;;) { int c = ctl.get(); int rs = runStateOf(c); // Check if queue empty only if necessary. if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) { decrementWorkerCount(); return null; } int wc = workerCountOf(c); // Are workers subject to culling? boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize; if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut)) && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) { if (compareAndDecrementWorkerCount(c)) return null; continue; } try { Runnable r = timed ? workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) : workQueue.take(); if (r != null) return r; timedOut = true; } catch (InterruptedException retry) { timedOut = false; } } } 

getTask中主要看获取任务的代码如下：

1. workQueue.poll()：如果在keepAliveTime时间内，阻塞队列中没有任务，返回null；
2. workQueue.take()：如果阻塞队列为空，当前线程会被阻塞；当队列中有任务加入时，线程被唤醒，并返回任务。

6. 小结

本文只是对线程池正常的工作流程进行了分析，并没有对线程池shutdown或者stop的情况进行分析，这些部分涉及到AQS等并发技术，这部分比较复杂，感兴趣可以更加深入研究一下。

参考：

1. https://www.cnblogs.com/trust-freedom/p/6681948.html#top
2. https://www.jianshu.com/p/fb6e91b013cc

转载于:https://www.cnblogs.com/chenjunjie12321/p/9515511.html