一、Java工具类创建线程
通过Executors工具类进行快速创建线程池：
1.newFixedThreadPool ——固定线程数
2.newCachedThreadPool——具有缓存功能
3.newSingleThreadExecutor——单一线程池
4.newScheduledThreadPool——周期性线程池
但是以上几种都不推荐使用，原因如下：
- FixedThreadPool 和 SingleThreadPool： 允许的请求队列长度为 Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而导致 OOM。
- CachedThreadPool： 允许的创建线程数量为 Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量的线程，从而导致OOM。
建议使用自定义线程池，这样可以更加理解线程池的运行方式，以及对资源的把控度。
// 自定义线程池
// int corePoolSize= 核心线程数
// int maximumPoolSize = 最大线程数
// long keepAliveTime = 线程存活时间
// TimeUnit unit = 时间单位
// BlockingQueue workQueue = 工作队列
// ThreadFactory threadFactory = 创建线程的工厂
// RejectedExecutionHandler handler = 拒绝策略
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(10, 20, 1, TimeUnit.MINUTES,
new LinkedBlockingQueue<>(10));
二、线程池的生命周期
线程池状态转换
1.RUNNING：线程池创建后的初始状态，可以提交新任务，可以处理工作队列中的任务。
2.SHUTDOWN：线程池关闭状态，不再接受新的任务，但是仍然可以处理工作队列中的任务。
3.STOP：不接受新任务，不处理排队任务，中断进行中的任务。
4.TIDYING：所有任务都已终止，workerCount 为零，TIDYING是过渡状态将运行 terminated() 方法。
5.TERMINATED：terminated() 方法已经执行完毕，线程池已关闭。
三、拒绝策略
拒绝策略
1.AbortPolicy:抛出RejectedExecutionException异常，拒绝提交任务，是线程池默认拒绝策略。
2.CallerRunsPolicy：由调用execute()方法的线程进行执行这个任务，如果这个线程无法执行，任务将丢弃。
3.DiscardOldestPolicy：丢弃队列头结点任务，然后再去执行当前任务。
4.DiscardPolicy：啥都不做，丢弃任务。
四、整体执行流程图
整体执行流程
1.有任务提交过来，先分配给核心线程执行
2.核心线程满了之后，将后续任务提交到工作队列中
3.工作队列也存放满了，就看最大线程数有没有满，没有就继续增加线程
4.最大线程数也满了，就会执行拒绝策略，默认是AbortPolicy
五、源码剖析
ThreadPoolExecutor类重点信息：
public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
// ctl由线程数和线程池的状态两部分组成
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
// 29位代表线程数量 高3位代表线程池的状态
private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
// 线程池最大容量
private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1;
// 接受新任务并处理排队的任务
private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS;
// 不接受新任务，但处理排队的任务
private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS;
// 不接受新任务，不处理排队任务，中断进行中的任务
private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS;
// 所有任务都已终止，workerCount为零,TIDYING是过渡状态，将运行terminated()方法
private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS;
// terminated()方法已经执行完毕，线程池已经终止
private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS;
// 获取线程池运行状态
private static int runStateOf(int c) { return c & ~CAPACITY; }
// 获取线程个数
private static int workerCountOf(int c) { return c & CAPACITY; }
// 位或运算 "0 | 1 = 1; 0 | 0 = 0;" 获取ctl的值
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }
// ...省略其它方法
}
execute():
public void execute(Runnable command) {
if (command == null) // 如果任务为空，直接抛出空指针异常
throw new NullPointerException();
// 获取线程数量和线程池的状态
int c = ctl.get();
// 如果线程数< 核心线程数
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
// 创建核心线程，执行任务
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
// 当前线程池状态为运行中，同时可以向工作队列添加任务
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get(); // 再次获取ctl的值，用于二次检查
// 当前线程池状态不是运行中，就会移除刚刚添加的任务
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
// 调用拒绝策略
reject(command);
else if (workerCountOf(recheck) == 0)// 当前线程池线程数量== 0
addWorker(null, false);//创建一个非核心线程，用于继续执行队列中的任务
}
else if (!addWorker(command, false))// 创建非核心线程失败，调用拒绝策略
reject(command);
}
addWorker():
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
retry: // 循环退出的位置
for (;;) {
int c = ctl.get(); // 获取线程数量和线程池的状态
int rs = runStateOf(c); // 线程池运行状态
// rs >= SHUTDOWN 当前线程池状态不是运行中
// case1：SHUTDOWN，不接受新任务
// case2：当队列为空，那么也就没必要创建worker
if (rs >= SHUTDOWN &&
! (rs == SHUTDOWN && firstTask == null && ! workQueue.isEmpty())
)
return false;
for (;;) {
int wc = workerCountOf(c); // 线程个数
// 超出线程数 线程数>= 线程池阈值 || 线程数 >= (核心线程数 || 最大线程数)
if (wc >= CAPACITY ||
wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
return false;
if (compareAndIncrementWorkerCount(c)) // cas操作，线程数+1，跳出循环
break retry;
c = ctl.get(); // 再次获取ctl的值
if (runStateOf(c) != rs) //如果两次的状态不相等，就跳过本次循环
continue retry;
// else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
}
}
boolean workerStarted = false; // worker线程是否已开启
boolean workerAdded = false; // worker是否已经添加
Worker w = null;
try {
w = new Worker(firstTask); // 这里是创建线程、绑定任务
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()); // 获取线程池状态
// 如果线程池状态为Running 或者 线程池状态为shutdown但是没有任务
if (rs < SHUTDOWN ||
(rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
if (t.isAlive()) // 检查线程是否处于存活状态，如果是就说明线程出现异常
throw new IllegalThreadStateException();
workers.add(w); // 添加到HashSet集合中，并且是持有锁的
int s = workers.size();
if (s > largestPoolSize) // 跟踪最大的池大小。只能在 mainLock 下访问。
largestPoolSize = s;
workerAdded = true;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
if (workerAdded) {
t.start(); // 启动线程
workerStarted = true;
}
}
} finally {
if (! workerStarted) // 线程启动失败
addWorkerFailed(w); // 回滚工作线程创建。线程数-1，重新检查是否终止，以防该 worker没有终止
}
return workerStarted;
}
addWorkerFailed():
private void addWorkerFailed(Worker w) {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
if (w != null)
workers.remove(w); // 从worker集合中移除
decrementWorkerCount(); // 线程数 -1
tryTerminate(); // 终止当前线程运行
} finally {
mainLock.unlock();
}
}
tryTerminate():
final void tryTerminate() {
for (;;) {
// 获取ctl的值
int c = ctl.get();
// 当前线程池的状态为running
// 当前线程池状态 为tidying 或 terminated
// 当前线程池状态为shutdown 同时 队列不为空
if (isRunning(c) ||
runStateAtLeast(c, TIDYING) ||
(runStateOf(c) == SHUTDOWN && ! workQueue.isEmpty()))
return;
if (workerCountOf(c) != 0) { // 线程的个数不等于0，就中断一个等待的线程
interruptIdleWorkers(ONLY_ONE);
return;
}
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
// 修改线程池的状态为tidying
if (ctl.compareAndSet(c, ctlOf(TIDYING, 0))) {
try {
// Executor 终止时调用的方法。默认实现什么也不做。
terminated();
} finally {
// 修改线程池状态为terminated
ctl.set(ctlOf(TERMINATED, 0));
// 唤醒等待线程
termination.signalAll();
}
return;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
// else retry on failed CAS
}
}
在剖析后面的源码前，必须要了解Worker这个类的相关重点信息。
Worker类：
private final class Worker extends AbstractQueuedSynchronizer implements Runnable{
// 当前Worker绑定的线程
final Thread thread;
// 创建worker时绑定的第一个初始任务
Runnable firstTask;
// 当前worker累计完成的任务数量
volatile long completedTasks;
/**
* Creates with given first task and thread from ThreadFactory.
* @param firstTask the first task (null if none)
*/
Worker(Runnable firstTask) {
// 初始化时，不能抢占AQS的独占锁
setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
this.firstTask = firstTask; // 绑定初始任务
this.thread = getThreadFactory().newThread(this); // 创建线程并绑定
}
// 启动线程后，真正执行任务的方法
/** Delegates main run loop to outer runWorker */
public void run() {
runWorker(this);
}
// ...省略部分方法
}
runWorker():
final void runWorker(Worker w) {
Thread wt = Thread.currentThread(); // 获取绑定的实例
Runnable task = w.firstTask; // 获取要执行的任务
w.firstTask = null;
w.unlock(); // allow interrupts // 将state的值进行复原
boolean completedAbruptly = true;
try {
// 如果task为空，就从队列去获取任务,否则就直接执行
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
// 条件一：runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) 说明线程池目前处于STOP/TIDYING/TERMINATION 此时线程一定要给它一个中断信号
// 条件二：Thread.interrupted() && runStateAtLeast(ctl.get(), STOP)，根据条件一的状态，增加中断标志位的判断
// 条件三：!wt.isInterrupted() 只要没有设置中断标志，都会进入并设置
if ( (runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
(Thread.interrupted() && runStateAtLeast(ctl.get(), STOP)) ) &&
!wt.isInterrupted())
wt.interrupt(); // 设置中断标志
try {
beforeExecute(wt, task); // 前置执行，默认空实现
Throwable thrown = null;
try {
task.run(); // 真正执行业务的地方
} 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); // 后置执行
}
} finally {
task = null;
w.completedTasks++; //任务执行完毕，进行累加
w.unlock();
}
}
completedAbruptly = false;
} finally {
processWorkerExit(w, completedAbruptly);
}
}
getTask():
private Runnable getTask() {
// 出队操作是否超时了
boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?
for (;;) {
// 获取ctl的值
int c = ctl.get();
int rs = runStateOf(c); // 获取线程池的状态
// Check if queue empty only if necessary.
// case1:rs >= SHUTDOWN 当前线程池状态 是 shutdown、stop、tidying、terminated
// case2:当前线程池状态 是stop、tidying、terminated 或者 队列为空
if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
decrementWorkerCount(); //当前线程数-1
return null;
}
int wc = workerCountOf(c); // 获取线程数
// Are workers subject to culling?
// allowCoreThreadTimeOut=true 核心线程数可以回收
// allowCoreThreadTimeOut=false 核心线程数不会回收
// wc > 核心线程数
boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
// 当前线程数>最大线程数 或者 （允许超时销毁 并且 上次出队操作超时）
// 当前线程数大于1或者队列为空
if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
&& (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
if (compareAndDecrementWorkerCount(c)) // 线程数-1
return null;
continue;
}
try {
// timed =true 允许超时销毁，就使用带时间的poll出队
// tiemd =false 不允许超时销毁，就使用take出队
Runnable r = timed ?
workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
workQueue.take();
if (r != null)
return r;
timedOut = true; // 如果没有取出，就标识超时
} catch (InterruptedException retry) {
timedOut = false;
}
}
}
processWorkerExit():
private void processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly) {
// completedAbruptly=true 执行runWorker出现异常，线程数需要-1
if (completedAbruptly) // If abrupt, then workerCount wasn't adjusted
decrementWorkerCount();
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
completedTaskCount += w.completedTasks; // 当前worker累计完成数量进行累加
workers.remove(w); // 从集合中移除当前worker
} finally {
mainLock.unlock();
}
tryTerminate(); // 终止线程 或终止线程池
int c = ctl.get();
// 如果是shutdown 、running
if (runStateLessThan(c, STOP)) {
if (!completedAbruptly) { // worker执行没有出现异常
int min = allowCoreThreadTimeOut ? 0 : corePoolSize; // 允许销毁核心线程
if (min == 0 && ! workQueue.isEmpty()) // 如果当前没有线程了，但是队列还有任务，就保留一个线程
min = 1;
if (workerCountOf(c) >= min)
return; // replacement not needed
}
addWorker(null, false); // 保留一个线程，去完成队列
}
}