给女朋友讲 : Java线程池的内部原理

餐厅的约会

餐盘在灯光的照耀下格外晶莹洁白，女朋友拿起红酒杯轻轻地抿了一小口，对我说：“经常听你说线程池，到底线程池到底是个什么原理？”我楞了一下，心里想女朋友今天是怎么了，怎么突然问出这么专业的问题，但做为一个专业人士在女朋友面前也不能露怯啊，想了一下便说：“我先给你讲讲我前同事老王的故事吧！”

大龄程序员老王

老王是一个已经北漂十多年的程序员，岁数大了，加班加不过年轻人，升迁也无望，于是拿着手里的一些积蓄，回老家转行创业。他选择了洗浴行业，开一家洗浴中心，没错，一家正规的洗浴中心。之前在北京的时候，喜欢去的澡堂叫“清华池”，他想了想，就给自己的洗浴中心取名为“线程池”。

线程池洗浴中心

线程池开业以后，老王发现有顾客想做足疗，于是就招聘了1个足疗技师，多增加了一项业务增加了收入。随着做足疗的顾客增多，为了赚更多钱又招聘了4个足疗技师。
过了一段时间，洗浴中心的生意越来越好，做足疗的顾客也越来越多。但是，老王发现自己店里的足疗技师已经有5个足疗技师，再招聘就太多了，支付不起再多工资了。足疗技师忙不过来怎么办？老王是个聪明人，马上想到办法：让顾客排队，有哪个足疗技师做完了，空闲出来了，就在队伍里再叫一个顾客继续做。

忙碌的周末

一到周末，来洗浴中心的顾客比平时多了几倍，想足疗的顾客排队时间太长，顾客们已经不耐烦了。老王马上做出反应，又紧急从其他洗浴中心招聘了5个足疗技师，为队伍里顾客做足疗，大大减少排队的顾客。
不过，有时生意太火爆了，紧急招聘的技师也用上了，顾客排队时间也是很长，再来新的顾客，老王只能满脸赔笑地和顾客说：“您下次再来吧，下次给您找个好技师。”，把顾客拒之门外。
过了周末以后，店里不能养闲人啊，老王就把紧急招聘的技师都辞退了。

老王的经营之道

老王的生意越做越红火，很快就要开分店、融资上市、走上人生巅峰。既然这么成功，就让我们来复盘一下他的经营之道吧：

如果你了解了老王的经营之道，线程池就不难理解了，把顾客替换成任务，把足疗技师替换成线程，线程池洗浴中心就是线程池了，线程池的内部原理就是这样的：

梦醒

铃铃铃，闹铃把我吵醒，原来是一场梦啊，我哪有什么女朋友？今天上午有一个面试，赶紧起床洗漱完毕，就出发了。在路上回想那个奇怪的梦，要不再复习一下线程池的内部原理吧！
先看一下ThreadPoolExecutor类的execute方法：

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    //获取clt，clt记录着线程池状态和运行线程数。
    int c = ctl.get();
    //运行线程数小于核心线程数时，创建线程放入线程池中，并且运行当前任务。
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true))
            return;
        //创建线程失败，重新获取clt。
        c = ctl.get();
    }
    //线程池是运行状态并且运行线程大于核心线程数时，把任务放入队列中。
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();
        //重新检查线程池不是运行状态时，
        //把任务移除队列，并通过拒绝策略对该任务进行处理。
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
        //当前运行线程数为0时，创建线程加入线程池中。
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    //运行线程大于核心线程数时并且队列已满时，
    //创建线程放入线程池中，并且运行当前任务。
    else if (!addWorker(command, false))
        //运行线程大于最大线程数时，失败则拒绝该任务
        reject(command);
}

在execute方法中，多次调用的addWorker方法，再看一下这个方法：

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
    retry:
    for (;;) {
        //获取clt，clt记录着线程池状态和运行线程数。
        int c = ctl.get();
        //获取线程池的运行状态。
        int rs = runStateOf(c);

        //线程池处于关闭状态，或者当前任务为null
        //或者队列不为空，则直接返回失败。
        if (rs >= SHUTDOWN &&
            ! (rs == SHUTDOWN &&
               firstTask == null &&
               ! workQueue.isEmpty()))
            return false;

        for (;;) {
            //获取线程池中的线程数
            int wc = workerCountOf(c);
            //线程数超过CAPACITY，则返回false；
            //这里的core是addWorker方法的第二个参数，
            //如果为true则根据核心线程数进行比较，
            //如果为false则根据最大线程数进行比较。
            if (wc >= CAPACITY ||
                wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                return false;
            //尝试增加线程数，如果成功，则跳出第一个for循环
            if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                break retry;
            //如果增加线程数失败，则重新获取ctl
            c = ctl.get();
            //如果当前的运行状态不等于rs，说明状态已被改变，
            //返回第一个for循环继续执行
            if (runStateOf(c) != rs)
                continue retry;
        }
    }

    boolean workerStarted = false;
    boolean workerAdded = false;
    Worker w = null;
    try {
        //根据当前任务来创建Worker对象
        w = new Worker(firstTask);
        final Thread t = w.thread;
        if (t != null) {
            final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
            mainLock.lock();
            try {
                //获得锁以后，重新检查线程池状态
                int rs = runStateOf(ctl.get());

                if (rs < SHUTDOWN ||
                    (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                    if (t.isAlive())
                        throw new IllegalThreadStateException();
                    //把刚刚创建的线程加入到线程池中
                    workers.add(w);
                    int s = workers.size();
                    //记录线程池中出现过的最大线程数量
                    if (s > largestPoolSize)
                        largestPoolSize = s;
                    workerAdded = true;
                }
            } finally {
                mainLock.unlock();
            }
            if (workerAdded) {
                //启动线程，开始运行任务
                t.start();
                workerStarted = true;
            }
        }
    } finally {
        if (! workerStarted)
            addWorkerFailed(w);
    }
    return workerStarted;
}

面试

一个穿着格子衬衫的中年男子坐在我面前，对我说：“您好，我是今天的面试官。”我微笑地回应：“您好。”面试官面无表情地问我：“线程池一定用过吧，能说说线程池的内部原理嘛？”我差点笑出声来，自信满满地说……