Java面试题16-线程池的底层工作原理

执行过程

线程池内部是通过队列 + 线程实现的，当我们利用线程池执行任务时：

1、如果此时线程池中的线程数量小于corePoolSize，即使线程池中的线程都处于空闲状态，也要创建新的线程来处理被添加的任务。

2、如果此时线程池中的线程数量等于corePoolSize，但是缓冲队列workQueue未满，那么任务被放入缓冲队列。

3、如果此时线程池中的线程数量大于等于corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量小于maximumPoolSize，建新的线程来处理被添加的任务。

4、如果此时线程池中的线程数量大于corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量等于maximumPoolSize，那么通过handler指定的策略来处理此任务。

5、当线程池中的线程数量大于corePoolSize时，如果某线程空闲事件超过keepAliveTime，线程将被终止，这样，线程池可以动态的调整池中的线程数。

源码深入理解

线程池的构造函数源码

	public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> 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.acc = System.getSecurityManager() == null ?
                null :
                AccessController.getContext();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }

1、实际上的"线程池"和工作线程

这个HashSet就是存放所有工作线程的集合，Worker就代表一个工作的线程。

而这个Worker则是ThreadPoolExecutor的一个内部类。

Worker中有两个重要的属性，分别是

		 /** Thread this worker is running in.  Null if factory fails. */
        final Thread thread;  // 工作线程
        /** Initial task to run.  Possibly null. */
        Runnable firstTask;  // 第一次要执行的任务

然后我们来看Worker的构造器：

		Worker(Runnable firstTask) {
            setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
            this.firstTask = firstTask;
            // 将Worker本身作为参数，传递给了new的Thread
            this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
        }

这里设计的非常巧妙，我们说Worker实现了Runnable，并且还有一个Thread的属性，在构造器实现的时候又将Worker本身作为参数传递给了Thread，这样就能实现一个场景：只要Woker的Thread线程被启动，那么Worker的run()方法就会执行。

而Worker的run()方法如下：

		public void run() {
            runWorker(this);
        }

我们跟踪到runWorker()中一探究竟，在关键的地方都有详细的注释：

	final void runWorker(Worker w) {
        Thread wt = Thread.currentThread();
        Runnable task = w.firstTask; // 将第一次要执行的任务交给task对象
        w.firstTask = null;
        w.unlock(); // allow interrupts
        boolean completedAbruptly = true;
        try {
            while (task != null || (task = getTask()) != null) {
            	// 第一次的任务就是firstTask，所以会进入while循环
            	// 第一次执行完之后，task=null 被清空
            	// 之后获取的任务是getTask()的任务
            	// 如果获取到，run就会继续执行
            	// 这就说明了线程能被复用的特性
                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
                // 判断线程池的状态
                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(); // 执行传入的任务
                    } 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; // 清空任务
                    w.completedTasks++;
                    w.unlock();
                }
            }
            completedAbruptly = false;
        } finally {
            processWorkerExit(w, completedAbruptly);
        }
    }

然后我们继续去探究，后来的任务是从哪来的呢？我们看getTask()中的源码（部分源码，只显示关键部分）：

	private Runnable getTask() {
	//....
	try {
		//从任务队列中获取task
        Runnable r = timed ?
        // 非阻塞线程的获取
        workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
        // 阻塞线程的获取（核心线程）
        workQueue.take();
        if (r != null)
            return r;
            timedOut = true;
        } catch (InterruptedException retry) {
            timedOut = false;
       }
    //... 

2、"工作线程"Worker的创建

要想知道工作线程Worker什么时候被创建，我们就需要去查看线程池执行的方法execute中的源码。

execute的源码：

	// 其实就是线程池的工作原理底层判断
	public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
        	// 首先判断传入的值是否为空
            throw new NullPointerException();
        // 该值可以判断线程池的工作状态以及线程池中有多少线程在工作
        int c = ctl.get(); 
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        	// 工作线程数小于核心线程数
            if (addWorker(command, true))
            	// 创建一个worker
                return;
            c = ctl.get();
        }
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        	// 尝试往工作队列中添加一个线程
        	// 失败了往后执行 
            int recheck = ctl.get();
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
            // 检查线程池状态，防止刚添加线程后线程池就关闭了
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                addWorker(null, false);
        }else if (!addWorker(command, false))
        	// 如果添加线程失败，执行拒绝线程
            reject(command);
    }