线程池源码研究

前言：第一次写源码分析类文章，有点忐忑，还是硬着头皮上了。
之前几篇线程池文章主要是讲解线程池使用场景，这篇文章我以非代码方式讲解源码，这个估计没人这么干过吧！哈哈。

说实话一打开那种源码贴，不够耐心真心看不完，而且也记不住啊，之前学过一段时间的《记忆法》，最强大脑里面的冠军
袁文魁写了一本书专门讲记忆方法的书，里面说图形记忆是最快，记忆比较难忘的一种记忆方法，如果能加上情绪、味觉
触觉就记的更牢了，这可能和人类历史也有关系，有文字才几千年，没文字的几百万年呢。没文字的时候只能靠
图形、图案来记忆了。

下面，从3点说明线程池工作原理

线程池的接口定义和继承关系
线程池中线程的状态描述
线程池工作细节

因为不能粘贴源码，我会用思维导图的形式把上面几个点串起来。

1、线程池的接口定义和继承关系

thread1

上图可以看出线程池有哪些接口和类。最外面的接口是Executors,里面只有个一个方法是execute,
然后是AbstractExecutorService，可以说是用了模版设计模式，线程的执行操作里面都有。

我们看一个比较不常用的方法，AbstractExecutorService.invokeAny（你可以直接使用额）, 参数有tasks，time，timeUnit。
干什么用的呢，场景就是有一批任务，设置一个超时时间等待所有task执行完才返回Futures，这个时候get()不会阻塞了。看了这个方法的源码
其实就是使用了ExecutorCompletionService帮你实现了，这个类poll操作可以返回最新执行完的Future，想想之前真傻逼，jdk已经提供了这个方法，
直接拿来用就可以了，这也印证了看源码真的可以提效，某些场景已经有相关的实现了。

上面的思维导图，我们再看右边的部分，创建线程池源码中出现两种不一样的构造方法。大部分我们还是用
ThreadPoolExecutor这个类的构造方法，但是也有几个方法，比如newSingle*系列的。

那他们的差别在什么地方，看了源码发现FinalizableDelegatedExecutorService里面就多了一个方法，重写了
finalize(),这里面就是调用shutdown关闭线程池，那很好理解了就是线程池可以自己销毁。非单例的线程池可以这样玩，释放线程池资源。

这里衍生一个面试题：newSingleThreadExecutor(1) 和 newFixedThreadPool(1) 有什么区别？

答案是newSingleThreadExecutor里面委托掉了ThreadPoolExecutor这个类，只提供线程执行的方法，像
修改线程数、暂停线程等方法都去掉了，其实就是起到一种保护线程配置的作用，开闭原则的一个体现吧。

写到这里有点困了，快晚上11点了，

2、线程池中线程的状态描述

楼上装修，这两天没写，提前上班来公司写点代码。

一般抽象类很少定义属性，主要是定义一些抽象方法。那线程池的状态和数量定义在哪呢？

答案是ThreadPoolExecutor，这个类里面有个ctl的原子类。ctl高 3 位用来表示线程池状态，后 29 位用来记录线程池线程个数。
所以线程池里面线程的最大只有2的28次方-1个。

我们看下线程池状态有哪些？

状态	定义	二进制	备注
RUNNING	-1 << COUNT_BITS	111...000	接受且处理任务
SHUTDOWN	0 << COUNT_BITS	000...000	不接受但处理任务
STOP	1 << COUNT_BITS	001...000	不接受不处理，interrupt线程
TIDYING	2 << COUNT_BITS	010...000	整理状态，由terminated触发，直到workcount=0
TERMINATED	3 << COUNT_BITS	011...000	terminated结束

从上面二进制可以看出为啥是高3位，因为-1到3刚好够了，不多不少。

3、线程池工作细节

最后，我们看下线程池工作细节，其实就是分析work线程新增和对各种状态如何做处理。首先我们给自己提几个问题，这样分析比较有针对性。
问题如下：

work线程什么时候才start()，如何定义的
work线程怎么实现阻塞获取任务
线程池操作如何做到线程安全

首先我们看第一个问题，我也一直比较好奇。这个work线程是特殊封装过的。

我们在提交任务的时候，AbstractExecutorService统一处理了，不管是submit或者execute,Runnable或者Callable都会包装成
RunnableFuture，RunnableFuture只是实现了Runnable和Future接口，自己本身也是一个接口，他有个实现是new FutureTask(runnable, value)。

FutureTask提供了很多protectd方法,你可以覆盖这些方法，自定义扩展业务逻辑，比如done()方法。
如果你看这个类，非常有意思，里面淋漓尽致的展示了Unsafe类的强大之处，可以线程安全的操作类属性还可以用到cas特性，前提是volatile定义的。

看下执行线程的流程：

从上面的图可以看出，在submit/execute之后【区别:execute返回void，submit返回Future】，如果线程池是正常工作，就会启动Worker();

我们在新增任务的时候，有个编程技巧，定义label, 这样break标示位置。比如

retry:
for(;;){
...
    break retry;
    continue retre;
}

我们再看下第二个问题，worker线程是如何阻塞重用线程的。

老规矩，线程里面不是 for(;;) 就是 while循环，源码中是while循环。

while (task != null || (task = getTask()) != null)
... runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) //如果STOP就终止

其中getTask就是从ThreadPoolExecutor的workQueue阻塞队列中take新加入的任务。

第三个问题，详细说下Worker对象，看下Worker对象的定义,它是AbstractQueuedSynchronizer的子类，如此则可以自定义加锁行为，获取锁和释放锁就可以
托管给ThreadPoolExecutor来判断了，最后源码处就用了Worker.isLocked()。

有一点比较重要，ThreadPoolExecutor许多获取线程状态的方法都是使用属性mainLock来保证线程安全的。比如下面的getActiveCount

    public int getActiveCount() {
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            int n = 0;
            for (Worker w : workers)
                if (w.isLocked()) // 能保证准确性
                    ++n;
            return n;
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
    }

打脸了说了不贴源码的，。

参考

[Java未开源的Unsafe类]https://www.cnblogs.com/daxin/p/3366606.html
[线程池之ThreadPoolExecutor线程池源码分析笔记]https://www.cnblogs.com/huangjuncong/p/10031525.html

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线程池源码研究

1、线程池的接口定义和继承关系

2、线程池中线程的状态描述

3、线程池工作细节

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