JAVA线程池源码深度解析
目录
JAVA线程池
ExecutorService
AbstractExecutorService
ThreadPoolExecutor
总结
今天我们来说一说java编程中一个非常重要的工具:java线程池，顾名思义，线程池就是存放线程的池子。要使用线程的时候从池子里面拿出来，不用了再放回去。接下来我们将从源码的角度一步步分析java线程池的奥义。
JAVA线程池
先来看一下java线程池(ThreadPoolExecutor)大致的一个类图
可以看到ThreadPoolExecutor的父接口有Executor和ExecutorService，其中ExecutorService是对Executor接口的扩展，AbstractExecutorService是ThreadPoolExecutor父类，这个类中也实现一些非常重要的方法。需要重点分析的还是ThreadPoolExecutorService，我们通常会使用如下代码来创建java线程池
public void commit() throws InterruptedException {
ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(10, 20, 10, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue(50));
executor.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// do something...
}
});
} 我们来看一下顶层接口Executor
public interface Executor {
void execute(Runnable command);
}里面只有一个方法execute，是java线程池最核心的方法。返回类型是void，这个方法入参是一个runnable的实例，代表提交一个任务。
ExecutorService
ExecutorService是对Executor接口的扩展，这个接口中提供了更加丰富的功能。我们常用的也是这个接口。
public interface ExecutorService extends Executor {
/**
* 关闭线程池，不接受新的任务。但是这个方法并不会终止正在执行的任务
*/
void shutdown();
/**
* 也是关闭线程池，不接受新的任务。但是这个方法会停止所有正在执行的任务
*/
List shutdownNow();
/**
* 判断线程池是否已经被关闭
*/
boolean isShutdown();
/**
* 调用shutDown或者shutDownNow后，如果所有任务都完成了，返回true，否则返回false
*/
boolean isTerminated();
/**
* 调用这个方法会等待所有任务完成，并且指定了等待的超时时间，返回是否等待超时。
* 不论是调用shutDown还是shutDownNow，都不会等待任务结束。
* 所以我们应该是先调用shutDown/shutDownNow，再调用此方法等待所有任务完成
*/
boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException;
/**
* 提交一个任务，不同于execute方法，这里的入参是callable，并且返回值是Future
*/
Future submit(Callable task);
/**
* 提交一个任务，但是这里的任务是runnable，
* runnable执行run后是无返回值的，所以这里传入的result直接作为返回值。
*/
Future submit(Runnable task, T result);
/**
* 提交一个runnable任务
*/
Future submit(Runnable task);
/**
* 执行传入的所有的任务
*/
List> invokeAll(Collection> tasks)
throws InterruptedException;
/**
* 执行的传入的所有任务，并指定超时时间
*/
List> invokeAll(Collection> tasks,
long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException;
/**
* 执行传入的所有任务，只要其中一个任务完成这个方法就可以返回了，返回这个任务的执行结果
*/
T invokeAny(Collection> tasks)
throws InterruptedException, ExecutionException;
/**
*同上一个方法，只不过这个方法指定了超时时间
*/
T invokeAny(Collection> tasks,
long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
} 从这里我们看到，线程池提交任务的方法有execute和submit，submit和execute最大区别在于submit方法可以获取到线程的执行结果。这里涉及到一个很重要的类:FutureTask，我们下面来简单看下FutureTask的类图
我们看到FutureTask实现了RunnableFuture，而RunnableFuture继承了Runnable和Future，再来看看FutureTask类中的重要属性和构造方法
public class FutureTask implements RunnableFuture {
/**
* 当前任务的执行状态，有以下七种，初始状态为NEW
*/
private volatile int state;
private static final int NEW = 0;
private static final int COMPLETING = 1;
private static final int NORMAL = 2;
private static final int EXCEPTIONAL = 3;
private static final int CANCELLED = 4;
private static final int INTERRUPTING = 5;
private static final int INTERRUPTED = 6;
/** 这个属性很重要，就是依靠它来执行任务的 */
private Callable callable;
/** 调用get时，返回的result*/
private Object outcome; // non-volatile, protected by state reads/writes
/** 真正执行callable任务的线程 */
private volatile Thread runner;
......
public FutureTask(Callable callable) {
if (callable == null)
throw new NullPointerException();
this.callable = callable;
this.state = NEW; // ensure visibility of callable
}
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
// 这里会把runnable 和 result组装成一个callable对象
this.callable = Executors.callable(runnable, result);
this.state = NEW; // ensure visibility of callable
}
......
} submit方法之所以可以获取线程执行结果，全依赖于callable和FutureTask。FutureTask实现了Runnable的run方法，在run方法中会调用callable.call()获取执行结果，并将执行结果就存储在FutureTask中。
调用submit方法的时候，直接将callable/runnable对象包装成FutureTask，然后调用FutureTask.run()。最终返回FutureTask对象。我们调用FutureTask.get()就可以阻塞获取到线程的执行结果了。
本文不对FutureTask做详细讲解，我们接着看AbstractExecutorService
AbstractExecutorService
AbstractExecutorService类实现了许多父类的方法，供子类使用
public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService {
/**
* 将runnable和value包装成FutureTask，以便获取线程执行结果
*/
protected RunnableFuture newTaskFor(Runnable runnable, T value) {
return new FutureTask(runnable, value);
}
/**
* 将callable包装成FutureTask，以便获取线程执行结果
*/
protected RunnableFuture newTaskFor(Callable callable) {
return new FutureTask(callable);
}
/**
* 提交任务，返回Future
*/
public Future submit(Runnable task) {
if (task == null) throw new NullPointerException();
// 组装FutureTask
RunnableFuture ftask = newTaskFor(task, null);
// 将任务交给子类的execute方法去执行
execute(ftask);
return ftask;
}
/**
* 提交任务，返回Future，入参跟上面的不一样
*/
public Future submit(Runnable task, T result) {
if (task == null) throw new NullPointerException();
// 组装FutureTask
RunnableFuture ftask = newTaskFor(task, result);
// 将任务交给子类的execute方法去执行
execute(ftask);
return ftask;
}
/**
* 提交任务
*/
public Future submit(Callable task) {
if (task == null) throw new NullPointerException();
RunnableFuture ftask = newTaskFor(task);
execute(ftask);
return ftask;
}
/**
* 将collection中的任务提交给线程池执行，只要有一个任务完成，这个方法就可以返回了
*/
private T doInvokeAny(Collection> tasks,
boolean timed, long nanos)
throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
if (tasks == null)
throw new NullPointerException();
// 获取集合中任务的数量
int ntasks = tasks.size();
if (ntasks == 0)
// 没有任务抛出异常
throw new IllegalArgumentException();
// 用Future来包装任务
ArrayList> futures = new ArrayList>(ntasks);
// ExecutorCompletionService这个类的构造方法传入了this作为真正的Executor
// 这个方法会在每个任务完成后，把被FutureTask包装好的callable任务保存到一个LinkedBlokingQueue中
ExecutorCompletionService ecs =
new ExecutorCompletionService(this);
try {
// 这里可以学习一下人家的异常处理
ExecutionException ee = null;
final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
// 迭代所有的callable任务
Iterator> it = tasks.iterator();
// 这里调用了ecs.submit提交一个任务给线程池，并且将封装每个任务的FutureTask保存在futures中
futures.add(ecs.submit(it.next()));
// 任务数-1
--ntasks;
// 从名字都可以看出来，这个代表正在执行的任务数
int active = 1;
for (;;) {// 注意:这里是个循环
// 我们上面说ExecutorCompletionService中有个LinkedBlockingQueue用于保存每个任务的FutureTask。
// 那么这里调用poll方法尝试将FutureTask取出来，这里的poll方法是非阻塞的
Future f = ecs.poll();
// 如果f为null，说明前面提交的任务还没执行完成。
if (f == null) {
// 我们说这个方法只要有一个任务执行完成就返回了，
// 现在还没有任务执行完成，那么接着执行后面的任务
if (ntasks > 0) {
--ntasks;
futures.add(ecs.submit(it.next()));
++active;
}
// 如果这里的active为0，说明所有的任务都执行失败了，从这里break出去
else if (active == 0)
break;
// 进入这个分支说明已经没有任务了并且需要检测超时
else if (timed) {
// 再poll一次，等待nanos这么久，看有没有任务完成
f = ecs.poll(nanos, TimeUnit.NANOSECONDS);
// 如果超时，抛出异常跳出循环
if (f == null)
throw new TimeoutException();
nanos = deadline - System.nanoTime();
}
// 到这一步说明已经没有任务了，也没有设置超时，
// 那么调用take方法阻塞，直到有任务执行完成
else
f = ecs.take();
}
// 如果f!=null说明有任务执行完成了
if (f != null) {
// 正在执行的任务数-1
--active;
try {
// 调用FutureTask.get()阻塞等待执行结果并返回结果
return f.get();
} catch (ExecutionException eex) {
ee = eex;
} catch (RuntimeException rex) {
ee = new ExecutionException(rex);
}
}
}
if (ee == null)
ee = new ExecutionException();
throw ee;
} finally {
// 最后在return之前，取消其他还没结束的任务
for (int i = 0, size = futures.size(); i < size; i++)
futures.get(i).cancel(true);
}
}
// 这个方法就是调用上面的doInvokeAny，不带超时
public T invokeAny(Collection> tasks)
throws InterruptedException, ExecutionException {
try {
return doInvokeAny(tasks, false, 0);
} catch (TimeoutException cannotHappen) {
assert false;
return null;
}
}
// 调用上面的doInvokeAny，带超时
public T invokeAny(Collection> tasks,
long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
return doInvokeAny(tasks, true, unit.toNanos(timeout));
}
// 这个方法就是提交collection中所有的callable任务，并返回结果列表
public List> invokeAll(Collection> tasks)
throws InterruptedException {
if (tasks == null)
throw new NullPointerException();
// 使用Future包装任务
ArrayList> futures = new ArrayList>(tasks.size());
// 任务是否完成的标志位
boolean done = false;
try {
for (Callable t : tasks) {
// 将所有的callable任务包装成FutureTask
RunnableFuture f = newTaskFor(t);
// 将所有的FutureTask保存到futures这个List中
futures.add(f);
// 提交任务
execute(f);
}
// 循环遍历所有的FutureTask
for (int i = 0, size = futures.size(); i < size; i++) {
Future f = futures.get(i);
// 如果这个任务还没完成
if (!f.isDone()) {
try {
// 调用FutureTask.get()阻塞，直到任务完成获取到值
f.get();
} catch (CancellationException ignore) {
} catch (ExecutionException ignore) {
}
}
}
// 代表所有任务都已执行完成
done = true;
// 返回FutureTask的List列表
return futures;
} finally {
// 如果!done，说明有任务没完成，就是说try中代码出现了异常，取消任务
if (!done)
for (int i = 0, size = futures.size(); i < size; i++)
futures.get(i).cancel(true);
}
}
// 跟上面的invokeAll不同的地方，在于这个方法支持超时机制
public List> invokeAll(Collection> tasks,
long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
if (tasks == null)
throw new NullPointerException();
long nanos = unit.toNanos(timeout);
ArrayList> futures = new ArrayList>(tasks.size());
boolean done = false;
try {
for (Callable t : tasks)
futures.add(newTaskFor(t));
final long deadline = System.nanoTime() + nanos;
final int size = futures.size();
for (int i = 0; i < size; i++) {
// 调用execute提交任务
execute((Runnable)futures.get(i));
// 这里得到的nanos代表剩余的时间
nanos = deadline - System.nanoTime();
// 每个线程提交后判断一下超时
if (nanos <= 0L)
return futures;
}
// 循环所有的FutureTask
for (int i = 0; i < size; i++) {
Future f = futures.get(i);
// 如果这个任务还没有完成
if (!f.isDone()) {
// 先判断一下是否超时
if (nanos <= 0L)
return futures;
try {
// 到这里调用带超时的FutureTask.get方法
// 阻塞获取每个任务的执行结果，直到任务完成
f.get(nanos, TimeUnit.NANOSECONDS);
} catch (CancellationException ignore) {
} catch (ExecutionException ignore) {
} catch (TimeoutException toe) {
return futures;
}
nanos = deadline - System.nanoTime();
}
}
done = true;
return futures;
} finally {
// 超时或者try中出现异常都会进入到这个分支，取消任务
if (!done)
for (int i = 0, size = futures.size(); i < size; i++)
futures.get(i).cancel(true);
}
}
} 到这里，我们已经对AbstractExecutorService有了一个大致的了解。
下面我们接着看JAVA线程池最核心的类:ThreadPoolExecutor，这个类的execute()方法才是最终开启线程执行任务的地方
ThreadPoolExecutor
ThreadPoolExecutor这个类中实现了一系列java线程池管理最核心的方法。老规矩我们先来看看它的构造方法
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue workQueue) {
this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue workQueue,
ThreadFactory threadFactory) {
this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
threadFactory, defaultHandler);
}
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue workQueue,
RejectedExecutionHandler handler) {
this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
Executors.defaultThreadFactory(), handler);
}
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler) {
if (corePoolSize < 0 ||
maximumPoolSize <= 0 ||
maximumPoolSize < corePoolSize ||
keepAliveTime < 0)
throw new IllegalArgumentException();
if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
throw new NullPointerException();
this.corePoolSize = corePoolSize;
this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
this.workQueue = workQueue;
this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
this.threadFactory = threadFactory;
this.handler = handler;
} Java线程池有如下几个核心参数:
- corePoolSize：核心线程数
- maximumPoolSize：线程池最大线程数
- keepAliveTime：空闲线程存活的时间，如果线程空闲了keepAliveTime这么久以后，还是没有任务分配给它，那么线程会被关闭。当然，如果当前线程池中的线程数
- workQueue：任务队列，用于存储要执行的任务。要求传入BlockingQueue接口的实现类，如ArrayBlockingQueue等
- threadFactory：用于创建线程的工厂，我们可以通过自定义threadFactory统一为线程设置一些属性，如线程名称等。
- handler：拒绝策略，都是RejectedExecutionHandler 的实现。线程池中已经爆满，但又有新的任务提交过来，这个时候应该执行的策略。
java线程池提供的拒绝策略有如下几种:
| RejectedExecutionHandler | 特点 |
| AbortPolicy | 直接抛出RejectedExecutionException异常 |
| DiscardPolicy | 不做任何处理，直接忽略掉这个任务 |
| DiscardOldestPolicy | 将最早入队的任务移除，再尝试提交任务，不断重试 |
| CallerRunsPolicy | 如果提交任务失败，会由提交任务的这个线程自己来调用execute执行任务 |
下面来了解一下JAVA线程池工作的基本流程
- 1.线程池刚创建的时候，里面没有任何线程，等到有任务过来的时候才会创建线程。当然也可以调用 prestartAllCoreThreads() 或者 prestartCoreThread() 方法预创建corePoolSize个线程
- 2.调用execute()提交一个任务时，如果当前的工作线程数
- 3.如果当时工作线程数量>=corePoolSize，会将任务放入任务队列中缓存
- 4.如果队列已满，并且线程池中工作线程的数量
- 5.如果队列已满，并且线程池中的线程已达到maximumPoolSize，这个时候会执行拒绝策略，JAVA线程池默认的策略是AbortPolicy，即抛出RejectedExecutionException异常
除了以上的几个最核心的参数，ThreadPoolExecutor类中还有其它重要的属性
Java线程池中使用一个32位的int来存储线程池的状态（runState）和池中的线程数（workerCount）。低29位代表线程数(5亿多)，高3位代表线程池的状态。
public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
/**
* 这个ctl就是用来保存 线程池的状态（runState） 和 线程数（workerCount） 的
* 这里使用AtomicInteger 来保证原子操作
* 这里的ctl的初始值其实就是-1左移29位，即3个1和29个0，
* 111 00000000000000000000000000000
*/
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
// COUNT_BITS值为29，代表着低29位用于存储线程数，高3位用于存储线程池的状态
private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
// 线程池最大的容量，值为3个 0和29个1。也就是536870911
// 000 11111111111111111111111111111
private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1;
// 下面这5个值代表线程池的状态，存储在高3位中
// 3个1，29个0 111 00000000000000000000000000000
private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS;
// 全是0 000 00000000000000000000000000000
private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS;
// 001 00000000000000000000000000000
private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS;
// 010 00000000000000000000000000000
private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS;
// 011 00000000000000000000000000000
private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS;
// ~就是按位取反，CAPACITY按位取反得到111 00000000000000000000000000000，
// 再和c按位与，其实就是得到高3位，代表线程池的状态
private static int runStateOf(int c) { return c & ~CAPACITY; }
// CAPACITY就是000 11111111111111111111111111111，
// 直接按位与，其实就是得到低29位，代表线程池中的线程数
private static int workerCountOf(int c) { return c & CAPACITY; }
// 按位或
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }
private static boolean runStateLessThan(int c, int s) {
return c < s;
}
private static boolean runStateAtLeast(int c, int s) {
return c >= s;
}
private static boolean isRunning(int c) {
return c < SHUTDOWN;
}
private boolean compareAndIncrementWorkerCount(int expect) {
return ctl.compareAndSet(expect, expect + 1);
}
private boolean compareAndDecrementWorkerCount(int expect) {
return ctl.compareAndSet(expect, expect - 1);
}
private void decrementWorkerCount() {
do {} while (! compareAndDecrementWorkerCount(ctl.get()));
}
/**
* 任务队列
*/
private final BlockingQueue workQueue;
/**
* JAVA线程池的全局锁
*/
private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();
/**
* 这个HashSet用于存放线程池中所有的工作线程，
* 只有在持有全局锁(mainLock)的前提下，才能对这个集合进行存取操作
*/
private final HashSet workers = new HashSet();
/**
* 这个condition是用于支持awaitTermination的
*/
private final Condition termination = mainLock.newCondition();
/**
* largestPoolSize记录了线程池中线程数曾经达到的最大值
*/
private int largestPoolSize;
/**
* 已完成任务的数量
*/
private long completedTaskCount;
/**
* 线程工厂
*/
private volatile ThreadFactory threadFactory;
/**
* 拒绝策略
*/
private volatile RejectedExecutionHandler handler;
/**
* 空闲线程存活时间
*/
private volatile long keepAliveTime;
/**
* 如果这个参数为true，
* 那么核心线程数内的空闲线程 空闲时间超过keepAliveTime后，也可以被回收。
*/
private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut;
/**
* 核心线程数
*/
private volatile int corePoolSize;
/**
* 最大线程数
*/
private volatile int maximumPoolSize;
/**
* 默认的拒绝策略为AbortPolicy
*/
private static final RejectedExecutionHandler defaultHandler =
new AbortPolicy();
......
} 从源码中我们看到java线程池有5种状态
1.RUNNING
(1)状态说明:能够接收新任务，以及对已添加的任务进行处理。
(2)状态切换:线程池的初始化状态是RUNNING
2.SHUTDOWN
(1)状态说明:不接收新任务，但能处理已添加的任务。
(2)状态切换:调用线程池的shutdown()接口时，线程池由RUNNING >> SHUTDOWN
3.STOP
(1)状态说明:不接收新任务，不处理已添加的任务，并且会中断正在处理的任务。
(2)状态切换:调用线程池的shutdownNow()接口时，线程池由(RUNNING or SHUTDOWN ) >> STOP。
4.TIDYING
(1)状态说明:当所有的任务已终止，ctl记录的"任务数量"为0，线程池会变为TIDYING状态。当线程池变为TIDYING状态时，会执行钩子函数terminated()。terminated()在ThreadPoolExecutor类中是空的，若用户想在线程池变为TIDYING时，进行相应的处理；可以通过重载terminated()函数来实现。
(2)状态切换:当线程池在SHUTDOWN状态下，阻塞队列为空并且线程池中执行的任务也为空时，就会由 SHUTDOWN >> TIDYING。
当线程池在STOP状态下，线程池中执行的任务为空时，就会由STOP >> TIDYING。
5. TERMINATED
(1) 状态说明：线程池彻底终止，就变成TERMINATED状态。
(2) 状态切换：线程池处在TIDYING状态时，执行完terminated()之后，就会由 TIDYING >> TERMINATED。
状态切换图如下：
这里的RUNNING的值是一个负数，SHUTDOWN值为0，其他状态都大于0，而且它们的值是按照RUNNING、SHUTDOWN、STOP、TIDYING、TERMINATED 的顺序依次递增的。也就是说状态为负数的时候是线程池最正常的状态
下面就要分析ThreadPoolExecutor 的核心源码了，不过在这之前，我们还需要了解ThreadPoolExecutor中一个内部类:Worker。java线程池中的线程被包装成了一个个的Worker，代表线程池中的工作线程。
// 这里的Worker继承了AQS同时实现了Runnable
private final class Worker
extends AbstractQueuedSynchronizer
implements Runnable
{
private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L;
/** 这个才是真正执行任务的线程 */
final Thread thread;
/** 每个线程要执行的第一个任务，这个值可以为null，线程自己到BlokingQueue中获取任务 */
Runnable firstTask;
/** 记录每个线程已完成的任务数 */
volatile long completedTasks;
/**
* 这个构造方法传入这个线程第一个要执行的任务，当然也可以传入null
*/
Worker(Runnable firstTask) {
setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
// firstTask赋值
this.firstTask = firstTask;
// 通过ThreadFactory创建新的线程，注意:这里传入的是this，代表当前的Worker对象。
// Worker实现了Runnable所以执行任务的时候最终会调用Worker.run()
this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}
/** 实现了Run方法，里面会调用runWorker */
public void run() {
runWorker(this);
}
// 下面这些方法都是Worker对AQS同步控制的实现了，要获取线程的执行权，需要先获取独占锁
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) {
}
}
}
}下面来分析java线程池最核心的方法：ThreadPoolExecutor.execute()
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
/*
* 这个ctl就是用来表示线程池状态和线程数的，获取他的值
*/
int c = ctl.get();
// 我们前面说了，workerCountOf就是获取线程池中的线程数。
// 如果当前线程数小于corePoolSize，那么添加一个Worker来执行任务。
// 所以这里会开启一个新的线程，并给线程分配这个方法传入的runnable任务(command)
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
// 如果提交任务成功，代表线程池已经接到了任务，这个时候直接return
if (addWorker(command, true))
return;
// 如果提交任务失败，再次获取ctl的值
c = ctl.get();
}
// 走到这里有两种情况:
// 1.当前线程数>=corePoolSize
// 2.上面addWorker提交任务失败了
// 如果线程池处于RUNNING状态，将runnable任务加入到任务队列中
// 能够进入这个分支，说明任务已经成功添加到任务队列中
// 我们知道线程数=corePoolSize，任务会被添加到任务队列中。
// 那么这个时候是否需要开启新的线程？所以这个if里面的代码就是来处理这个问题的
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
// 再次获取ctl的值
int recheck = ctl.get();
// 如果线程池不处于RUNNING状态，那么移除这个已入队的任务，执行对应的拒绝策略
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
// 如果线程是处于RUNNING状态，并且当前线程池中的线程数为0，开启一个新的线程
// 因为有可能任务添加到队列中了，但是却没有线程可执行
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
// 如果队列已满，执行addWorker尝试创建新的线程，
// 如果成功，说明当前线程数 这里面的addWorker方法非常重要，我们重点分析一下
// 这个方法会创建线程并且执行任务
// 以下几种情况这个方法会返回false:
// 1.传入的core这个参数为true，代表线程数的上限为corePoolSize，
// 如果当前线程数已达到corePoolSize，返回false
// 2.传入的core这个参数为false，代表线程数的上限为maximumPoolSize，
// 如果当前线程数已达到maximumPoolSize，返回false
// 3.线程池stopped或者shutdown
// 4.使用ThreadFactory创建线程失败，或者ThreadFactory返回的线程为null
// 5.或者线程启动出现异常
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
retry:
for (;;) {
int c = ctl.get();
// 这个rs就是线程池的状态
int rs = runStateOf(c);
// 这里的if说的是以下3种情况，直接返回false，不会创建新的线程:
// 1.rs大于SHUTDOWN，说明线程状态是STOP，TIDYING, 或者TERMINATED，
// 这几种状态下，不接受新的任务，并且会中断正在执行的任务。所以直接返回false
// 2.线程池状态处于SHUTDOWN，并且firstTask!=null。
// 因为SHUTDOWN状态下，是不接收新的任务的。所以返回false。
// 3.线程池处于SHUTDOWN并且firstTask为null，但是workQueue是空的。
// 因为SHUTDOWN虽然不接收新的任务，但是已经进入workQueue的任务还是要执行的，
// 恰巧workQueue中没有任务。所以也是返回false，不需要创建线程
if (rs >= SHUTDOWN &&
! (rs == SHUTDOWN &&
firstTask == null &&
! workQueue.isEmpty()))
return false;
for (;;) { // 注意:这里是个for循环
// 获取线程池中线程的数量
int wc = workerCountOf(c);
// 这里传入的core为true代表线程数上限为corePoolSize，
// false代表线程数上限为maximumPoolSize，如果线程数超出上限，直接返回false
if (wc >= CAPACITY ||
wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
return false;
// 使用CAS对线程计数+1，如果成功，说明已经满足创建线程的条件了
if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
break retry;
// 如果上面的CAS失败，说明有并发，再次获取ctl的值
c = ctl.get(); // Re-read ctl
// 如果线程池的状态发生了变化，例如线程池已经关闭了，
// 导致的CAS失败，那么回到外层的for循环(retry)
// 否则，说明是正常的CAS失败，这个时候进入里面的循环
if (runStateOf(c) != rs)
continue retry;
}
}
// 能到这里，说明已经做好创建线程的准备了
// worker是否已经启动的标志位
boolean workerStarted = false;
// 我们前面说了workers这个HashSet用于存储线程池中的所有线程，
// 所以这个变量是代表当前worker是否已经存放到workers这个HashSet中
boolean workerAdded = false;
Worker w = null;
try {
// 传入firstTask这个任务构造一个Worker
w = new Worker(firstTask);
// Worker的构造方法中会使用ThreadFactory创建新的线程，
// 所以这里可以直接获取到对应的线程
final Thread t = w.thread;
// 如果创建线程成功
if (t != null) {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
// 获取线程池的全局锁，下面涉及线程池的操作都需要在持有全局锁的前提下进行
mainLock.lock();
try {
// 获取线程池的状态
int rs = runStateOf(ctl.get());
// 如果rs largestPoolSize)
largestPoolSize = s;
// 修改标志，代表当前worker已经加入到workers这个HashSet中
workerAdded = true;
}
} finally {
// 释放全局锁
mainLock.unlock();
}
// 如果worker添加成功，启动线程执行任务
if (workerAdded) {
// 启动线程
t.start();
// 代表worker已经启动
workerStarted = true;
}
}
} finally {
// 如果线程没有启动，这里还需要进行一些清理工作
if (! workerStarted)
addWorkerFailed(w);
}
// 返回线程是否成功启动
return workerStarted;
}
// 这个方法做下面几件事:
// 1.将worker从workers中移除
// 2.worker的数量-1
// 3.检查termination
private void addWorkerFailed(Worker w) {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
// 要操作workers这个HashSet，先获取java线程池全局锁
mainLock.lock();
try {
if (w != null)
// 从worker中移除
workers.remove(w);
// WorkerCount -1
decrementWorkerCount();
// 处理TERMINATED状态
tryTerminate();
} finally {
mainLock.unlock();
}
} 到这里我们再回顾一下，我们调用ThreadPoolExecutor.execute()方法提交任务，要么调用addWorker添加一个新的Worker就返回了，要么不创建新的Worker，将任务放入队列中。再不然就是执行拒绝策略。而真正启动线程执行任务的操作就是在addWorker中，也就是t.start，实际上会调用Worker.run()，来看看这个方法
public void run() {
// 这里调用的runWorker方法
runWorker(this);
}
// 这里就是执行任务的代码了，有一个while循环不断从队列中取出任务并执行，
// 退出循环的条件是获取不到要执行的任务
final void runWorker(Worker w) {
// 当前线程
Thread wt = Thread.currentThread();
// 前面说了new Worker的时候可以指定firstTask，代表Worker的第一个任务
Runnable task = w.firstTask;
// 这一步就已经将firstTask置为null了
w.firstTask = null;
// 释放Worker的独占锁，这里它释放锁的操作一定会成功，也就是将AQS中state设置为0
w.unlock(); // allow interrupts
// completedAbruptly这个标志位代表当前Worker是否因为执行任务出现异常而停止的
boolean completedAbruptly = true;
try {
// while循环；如果firstTask不为null那就直接执行firstTask，
// 否则就要调用getTask()从队列中获取队列。
// 也就是说Worker的第一个任务是不需要从队列中获取的
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
// 给这个worker上独占锁
// Worker加锁的意义在于，在线程池的其他方法中可能会中断Worker，
// 为了保证Worker安全的完成任务，必须要在获取到锁的情况下才能中断Worker，
// 如tryTerminate()，shutdown()等都会关闭worker。
w.lock();
// 如果ctl的值大于等于STOP，说明线程池的状态是STOP，TIDYING或TERMINATED。
// 这个时候需要确保该线程已中断，否则就应该确保线程没有中断
if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
(Thread.interrupted() &&
runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
!wt.isInterrupted())
// 其实这里只是设置线程的中断状态
wt.interrupt();
try {
// 这个方法留给子类去实现的
beforeExecute(wt, task);
Throwable thrown = null;
try {
// 真正执行任务的地方
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 {
// 后置处理，留给子类去实现的
afterExecute(task, thrown);
}
} finally {
// 最后将task置为null，准备接受下一个任务
task = null;
// 这个worker已完成任务数+1
w.completedTasks++;
// 释放独占锁
w.unlock();
}
}
// 到这一步说明没抛出异常
completedAbruptly = false;
} finally {
// 执行到这里说明：要么队列中已经没有任务了，要么执行任务出现了异常。
// 这个时候需要调用processWorkerExit关闭线程
processWorkerExit(w, completedAbruptly);
}
}我们再来看一下从任务队列中获取任务的方法：getTask()
// 这个方法就是从队列中获取任务，返回null代表线程需要被关闭。一共有以下三种可能:
// 1.阻塞获取任务直到获取成功
// 2.获取任务超时了，也就说线程空闲了keepAliveTime这么久了，还是没有获取到任务，
// 这个时候线程需要被关闭(这里有个前提就是线程数要大于corePoolSize)
// 3.如果出现下面几种情况返回null，返回null说明线程需要被关闭
// 池中worker的数量大于maximumPoolSize(由于调用setMaximumPoolSize进行了设置)
// 线程池处于STOP状态，这个时候不能执行任务队列中的任务
// 线程池处于SHUTDOWN状态，但是任务队列是空的
private Runnable getTask() {
boolean timedOut = false; // 最后一次的poll操作是否超时
for (;;) {// for循环
int c = ctl.get();
// 获取线程池的状态
int rs = runStateOf(c);
// 如果线程池的状态大于等于STOP，或者线程池状态等于SHUTDOWN并且任务队列为空
if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
// 使用CAS对workerCount-1
decrementWorkerCount();
// 返回null
return null;
}
// 获取线程池中的线程数
int wc = workerCountOf(c);
// 如果allowCoreThreadTimeOut设置为true，
// 或者线程池中线程数>corePoolSize，说明有可能发生超时
boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
// 如果当前线程数大于maximumPoolSize，或者超时
// 注意：如果开发者调用了setMaximumPoolSize() 将maximumPoolSize变小了，
// 就有可能出现当前线程数大于maximumPoolSize。
// 这个时候多余的线程肯定是获取不到任务的，需要被关闭
if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
&& (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
// workerCount-1
if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
return null;
continue;
}
// 到这里，说明线程数小于maximumPoolSize等于且没有超时
try {
// 从任务队列中取出任务
// 如果timed为true，调用带超时的poll方法，否则执行take方法阻塞获取任务。
// timed这个变量的值取决于allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize
// 其实这里说的是，如果线程池中线程数量在corePoolSize以内，
// 且不支持回收核心线程数内的线程，这个时候线程池中的线程是不会被回收的。
// 所以调用take方法阻塞获取任务，直到获取成功。
// 否则的话，线程隔了keepAliveTime这么久还是获取不到任务，是需要被回收的
Runnable r = timed ?
workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
workQueue.take();
// 如果成功获取到任务，返回这个runnable任务，
// 否则就是超时了，再进入下一轮循环的时候返回null
if (r != null)
return r;
timedOut = true;
} catch (InterruptedException retry) {
timedOut = false;
}
}
}Worker.runWorker()中还有个清理Worker的方法:processWorkerExit
// 这个方法就是清理Worker的,
// 如果Worker执行任务时出现了异常，那么workerCount是没处理的，还需要把workerCount减回去
private void processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly) {
if (completedAbruptly) // If abrupt, then workerCount wasn't adjusted
decrementWorkerCount();
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
// 清理worker当然要获取全局锁
mainLock.lock();
try {
// 线程池已完成的线程数+1
completedTaskCount += w.completedTasks;
// 将worker从线程池中移除
workers.remove(w);
} finally {
mainLock.unlock();
}
// 处理TERMINATED状态
tryTerminate();
int c = ctl.get();
// 如果线程池状态是RUNNING或者SHUTDOWN
if (runStateLessThan(c, STOP)) {
// 并且不是因为执行任务出现异常而进入到这个方法
if (!completedAbruptly) {
// 如果allowedCoreThreadTimeOut为true，最小值为0，否则最小值为corePoolSize
int min = allowCoreThreadTimeOut ? 0 : corePoolSize;
// 如果允许回收核心线程数内的线程，并且任务队列不为空，至少还需要1个线程
if (min == 0 && ! workQueue.isEmpty())
min = 1;
// 如果线程数大于等于所需的最小线程数，这个方法就结束了
if (workerCountOf(c) >= min)
return; // replacement not needed
}
// 如果这个worker是由于执行任务异常而结束，或者是线程池中还有任务要执行，
// 但却没有线程了。这个时候调用addWorker创建新的线程
addWorker(null, false);
}
}再来看看这个频繁出现的方法：tryTerminate()
// 这个方法其实就是用来处理线程池TERMINATED状态的，
// 线程池彻底终止就是TERMINATED状态。我们前面说了线程池处在TIDYING状态时，
// 执行完terminated()之后，就会由 TIDYING -> TERMINATED。
// 可能会引起线程池终止的操作都需要调用这个方法，
// 例如减少worker的数量或者在shutdown期间从任务队列移除任务。
final void tryTerminate() {
for (;;) {// 循环执行
int c = ctl.get();
// 满足以下三个条件之下，直接return：
// 1.线程池处于RUNNING状态，说明线程池正常
// 2.线程池已经处于TERMINATED状态，就没必要继续往下走就
// 3.线程池处于SHUTDOWN状态，并且任务队列不为空。那还是得执行玩任务
if (isRunning(c) ||
runStateAtLeast(c, TIDYING) ||
(runStateOf(c) == SHUTDOWN && ! workQueue.isEmpty()))
return;
// 能到这一步说明这个时候线程池需要被终止
// 如果这个时候worker的数量不为0
if (workerCountOf(c) != 0) { // Eligible to terminate
// 关闭一个worker，以确保shutdown 信号的传播
// 调用这个方法会终止正在等待获取任务的线程。
// 我这个线程池都要终止了，居然还有线程在等待获取任务。这当然不行。
interruptIdleWorkers(ONLY_ONE);
// 然后就直接return了
return;
}
// 到这一步说明线程池worker和任务都清空了
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
// 还是要获取全局锁
mainLock.lock();
try {
// CAS尝试将线程状态转换成TIDYING
if (ctl.compareAndSet(c, ctlOf(TIDYING, 0))) {
try {
// 如果上面的CAS成功，执行terminated()。
// 这也是个钩子方法，留给子类实现的
terminated();
} finally {
// 执行完terminated()之后，最终将线程池状态置为TERMINATED
ctl.set(ctlOf(TERMINATED, 0));
termination.signalAll();
}
return;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
// else retry on failed CAS
}
}
// 这个方法其实就是用来中断正在等待任务的线程，
// 注意这里说的中断其实也只是将线程的状态置为“中断”，并不是说线程在这里就真的停止了
// 如果onlyOne为true，这里最多会关闭一个worker，因为shutdown()方法需要中断所有的worker，
// 这里中断一个worker能够帮助shutdown迅速的完成，而不用等待一些还在等待任务的worker结束
private void interruptIdleWorkers(boolean onlyOne) {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
// 一样要获取全局锁
mainLock.lock();
try {
// 遍历所有的Worker，如果传入的onlyOne为true，那最多会终止一个Worker。
// 如果传入的onlyOne为false，终止所有的Worker
for (Worker w : workers) {
Thread t = w.thread;
// 这里要获取到worker的独占锁后才能够中断线程
if (!t.isInterrupted() && w.tryLock()) {
try {
t.interrupt();
} catch (SecurityException ignore) {
} finally {
w.unlock();
}
}
if (onlyOne)
break;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
}到这里整个execute方法分析完毕了，我们再来看一下线程池的关闭:shutdown()和shutdownNow()。先看下shutdown的源码
// 关闭线程池，这个方法会中断没有执行任务的线程
public void shutdown() {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
checkShutdownAccess();
// 采用CAS自璇的方式将线程池状态设置为SHUTDOWN
advanceRunState(SHUTDOWN);
// 中断所有没有执行任务的线程
interruptIdleWorkers();
onShutdown(); // hook for ScheduledThreadPoolExecutor
} finally {
mainLock.unlock();
}
// 线程池关闭处理
tryTerminate();
}
private void interruptIdleWorkers() {
// 这里调用的是interruptIdleWorkers(false)，
// 前面说了这个方法传入true，代表中断一个没有执行任务的线程。
// 这里是false，说明是中断所有没有执行任务的线程
interruptIdleWorkers(false);
}再来看shutdownNow()方法
// 关闭线程池。这个方法会中断所有的线程，不管线程是否正在执行任务
public List shutdownNow() {
List tasks;
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
checkShutdownAccess();
// 采用CAS自旋的方式将线程池状态设置为STOP
advanceRunState(STOP);
// 中断所有线程
interruptWorkers();
tasks = drainQueue();
} finally {
mainLock.unlock();
}
tryTerminate();
return tasks;
} 代码中shutdown和shutdowNow最关键的不同处在于中断线程的操作
private void interruptIdleWorkers(boolean onlyOne) {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
for (Worker w : workers) {
Thread t = w.thread;
// 这里要获取到worker的独占锁后才能够中断线程
if (!t.isInterrupted() && w.tryLock()) {
try {
t.interrupt();
} catch (SecurityException ignore) {
} finally {
w.unlock();
}
}
if (onlyOne)
break;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
}
private void interruptWorkers() {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
// 直接粗暴中断所有线程
for (Worker w : workers)
w.interruptIfStarted();
} finally {
mainLock.unlock();
}
}我们前面说了，线程在拿到任务的时候开始执行的时候，是会获取Worker的独占锁的。shutdown()方法中断worker会先调用Worker.tryLock()获取独占锁，如果线程正在执行任务，那就获取不到独占锁，也就无法中断线程。
而shutdownNow()方法是直接中断所有线程
除此之外，还有个不同点在于shutdown会先将线程池状态设置为SHUTDOWN，而shutdownNow是将线程池状态设置为STOP
不管是shutdown、shutdownNow或者前面的tryTerminate，它们所谓的中断线程，都只是调用Thread.interrupt()方法给线程设置interrupt标记，所以只有响应中断的任务在interrupt()以后才会终止，如BlockingQueue.take()方法
总结
整篇文章篇幅实在太长，最后不得不总结一番
1.线程池什么时候会执行拒绝策略？
我们从源码中看到有两处地方：
- 任务成功入队，但是线程池关闭了，并且线程池并没有移除掉这个任务，这个时候执行拒绝策。也就是说任务入队和线程池关闭并发执行了
- 当前线程数达到maximumPoolSize
2.java线程池的属性各个属性分别有什么作用？
- corePoolSize：核心线程数
- maximumPoolSize：线程池最大线程数
- keepAliveTime：空闲线程存活的时间，如果线程空闲了keepAliveTime这么久以后，还是没有任务分配给它，那么线程会被关闭。当然，如果当前线程池中的线程数
- workQueue：任务队列，用于存储要执行的任务。要求传入BlockingQueue接口的实现类，如ArrayBlockingQueue等
- threadFactory：用于创建线程的工厂，我们可以通过自定义threadFactory统一为线程设置一些属性，如线程名称等。
- handler：拒绝策略，都是RejectedExecutionHandler 的实现。线程池中已经爆满，但又有新的任务提交过来，这个时候应该执行的策略。
3.java线程池创建线程的流程
- 1.线程池刚创建的时候，里面没有任何线程，等到有任务过来的时候才会创建线程。当然也可以调用 prestartAllCoreThreads() 或者 prestartCoreThread() 方法预创建corePoolSize个线程
- 2.调用execute()提交一个任务时，如果当前的工作线程数
- 3.如果当时工作线程数量>=corePoolSize，会将任务放入任务队列中缓存
- 4.如果队列已满，并且线程池中工作线程的数量
- 5.如果队列已满，并且线程池中的线程已达到maximumPoolSize，这个时候会执行拒绝策略，JAVA线程池默认的策略是AbortPolicy，即抛出RejectedExecutionException异常
4.线程池是怎么实现线程复用的？
答案在runWorker方法中，一个线程执行完一个任务后会不断从任务队列中取出任务来执行，如果队列中已经没有任务了，allowCoreThreadTimeOut设置为false并且线程数<=corePoolSize，调用BlokingQueue.take()方法阻塞，直到获取到任务
如果队列中没有任务了，allowCoreThreadTimeOut设置为true或者线程数>corePoolSize，调用BlockingQueue带超时的poll方法尝试获取任务，获取不到的话，这个线程就会被回收掉
5.线程执行任务过程中出现异常是怎么处理的？
如果一个线程执行任务出现异常，那么执行任务的线程会被关闭，而不会继续执行其他任务。最后会启动一个新的线程来取代它。