一文吃透Java线程池——实现机制篇

前言

本篇博客是《一文吃透Java线程池》系列博客的下半部分。
上半部分链接：一文吃透Java线程池——基础篇

实现机制（源码解析）

根据前面的学习，我们知道，线程池是如下的运作机制

解析：

• 一开始，核心线程数以内的任务。直接分配线程，然后线程执行任务。
• 后来任务量越来越多，超出了核心线程处理能力，就被排到了任务队列里
• 当当前任务量再大，线程池就会临时新增线程来处理，直到达到最大线程数。
• 当当前任务量超出队列承载能力和最大线程数限制，任务就会被拒绝。
• 给一开始的任务分配了线程。这些线程处理完他们各自的任务，并不会止步于此。（主次关系开始反转：线程一开始是随着任务生成的，但生成之后，任务结束了，但线程落地生根。完成了第一个任务，就开始找第二个任务，第三个任务。。。。）
• 线程找第二个，第三个任务。去哪找的呢？就是第二句中说到的BlockingQueue。
• 图中最右边的“线程回收”，指的就是一开始说的“临时新增”的线程。核心线程是不会被回收的，他们会一直尝试从BlockingQueue获取任务，否则就阻塞着。（BlockingQueue.take()的阻塞特性）

下面我看一下ThreadPoolExecutor中，几个关键的源码逻辑

线程池状态/worker数量记录：ctl

这是ThreadPoolExecutor中的一个成员变量。
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));

• 这是一个原子整数，可以保证多线程操作的原子性。
• int有32位。这个ctl被拆成了两部分：3 + 29。 高3位存储的是线程池状态（runState），低29位存的是有效线程数（也叫WorkerCount。注意：这个值特别容易把人带沟里。这并不是前面我说的”当前任务量”，我说的当前任务量，指的是正在运行的加上队列等待的。而这个单指正在运行的，和线程数量一一对应，所以叫“有效线程数”）。
  这种存储方式在ReentrantReadWriteLock中的state也是这么处理的（它是对半分：16+16）。因为这两个数的操作都是原子同步的，但这两个数之间却未必同步。存在一起，免去了这样的麻烦。
• 因为拆成了“二进制”，所以围绕着这个数的修改和查看就少不了一些位运算。

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;

private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;//  11100000 00000000 00000000 00000000
private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;//  00000000 00000000 00000000 00000000
private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;//  00100000 00000000 00000000 00000000
private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;//  01000000 00000000 00000000 00000000
private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;//  01100000 00000000 00000000 00000000

private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }//获取线程池状态
private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }//获取Worker数量
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }//把runStateOf和workerCount合成完整的ctl

解析：

• Integer.SIZE - 3即 32-3=29
• CAPACITY为：00011111111111111111111111111111
• '~'是一个位运算符。用于取反操作。结果为
  11100000000000000000000000000000
• 00011111111111111111111111111111和11100000000000000000000000000000是两个位运算“工具数”，
  可以对c进行"与运算"。分别来求 低位的WorkerCount和高位的runState
• c就是ctl，并不是一个普通的int值（所以不要当成1,2,3…来看）
• ctlOf中的’|'是一个位运算符（或运算：0|1–>1, 1|1 -> 1, 0|0 -> 0）

‘|‘和’&‘是位运算符，’||‘和’&&‘是逻辑运算符。
true和false在使用’|‘和’&‘运算时，相当于1和0。从而让’|‘和’&‘表现出可以进行逻辑运算的现象。
因此，初学时可能会产生的印象：’|’ '&'和 ‘||’ '&&'都是逻辑运算符。前者的运算逻辑是运算符前后都要运算，后者可能只需要判断一个就能得出结果（这个结论是没错的，但理解的不够深刻）。

前面有可能会有疑问的二进制解释：

任务队列：workQueue

这是ThreadPoolExecutor中的一个成员变量。
private final BlockingQueue workQueue;
就是前面一直说的，当任务量超过核心线程数，就会去任务队列里等着被处理。

任务的封装类：Worker

前面总在说Worker。它就是ThreadPoolExecutor的一个内部类。
一开始当任务（Runnable）被提交进来，就会被封装成Worker。Worker里还有一个线程。
可以简单理解为：Worker = Runnable + Thread
这两个东西都是Worker内的两个成员变量，如下图Worker的内部结构：

这里的任务之所以被叫做firstTask。是因为thread处理完它，就会抛弃它（事实上是抛弃它所属的整个Worker），去处理下一个任务。因为前面打比喻时，就说过，Worker相当于给医生提供的门诊。医生有几个，门诊就有几个，是不会随便增加的。
所以：Thread和Worker都是随着Runnable的提交，而“被动”产生的。但并不会随着Runnable的运行结束而结束。而是反转为主人，开始主动为其他任务服务。（这是源码中反直觉的一个地方）

先不要关心Worker还实现了Runnable。这只是一个”编程技巧“，并非主要逻辑，不要被迷惑了。我们后面会讲为什么还要实现Runnable。

提交任务：executorService.execute

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    // 1. 核心线程数内：直接执行
    int c = ctl.get();
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    // 2. 超出核心线程：进队列
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    // 3. 进队列失败 && 超出核心最大线程：拒绝
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
}

这段代码和上面那张原理图很容易对应起来，提交任务之后的三条路，正好对应上面三段代码。
这里着重强调几个方法：

• addWorker ： 封装Worker并执行（后面会详细解析）
• workQueue.offer：进队列（和add的区别是：如果添加失败，只是返回false，而add则会报错）
• int recheck = ctl.get(); 这是在尝试进核心线程失败后，再次获取ctl，以防止在这短暂的时间内，线程状态和任务数量已经被其他线程给改了。
• reject：这个很好理解，就是执行拒绝策略。

addWorker：封装并启动

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
    //1. 修改ctl
    retry:
    for (;;) {
        int c = ctl.get();
        int rs = runStateOf(c);

        // Check if queue empty only if necessary.
        if (rs >= SHUTDOWN &&
            ! (rs == SHUTDOWN &&
                firstTask == null &&
                ! workQueue.isEmpty()))
            return false;

        for (;;) {
            int wc = workerCountOf(c);
            if (wc >= CAPACITY ||
                wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                return false;
            if (compareAndIncrementWorkerCount(c))//  <-------------CAS
                break retry;
            c = ctl.get();  // Re-read ctl
            if (runStateOf(c) != rs)
                continue retry;
            // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
        }
    }
    // 2. 封装并启动Worker
    boolean workerStarted = false;
    boolean workerAdded = false;
    Worker w = null;
    try {
        w = new Worker(firstTask);//  <-------------封装Worker
        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());

                if (rs < SHUTDOWN ||
                    (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                    if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
                        throw new IllegalThreadStateException();
                    workers.add(w);
                    int s = workers.size();
                    if (s > largestPoolSize)
                        largestPoolSize = s;
                    workerAdded = true;
                }
            } finally {
                mainLock.unlock();
            }
            if (workerAdded) {
                t.start();//  <-------------这里开始启动线程，执行任务了
                workerStarted = true;
            }
        }
    } finally {
        if (! workerStarted)
            addWorkerFailed(w);
    }
    return workerStarted;
}

这段代码很长，但逻辑并不复杂，只有两段：1. 修改ctl 2.封装Worker并启动。
修改ctl占了一半的代码。原因是修改ctl是一个需要考虑多线程并发问题的事情，但这里又不想加锁 影响性能，所以弄了两层for循环+CAS，也就是无锁自旋的方式来修改ctl。
封装Worker的过程用了锁来保证线程安全。

在看到 t.start();，你是否会疑惑：线程启动，和任务有什么关系？他俩不是并列关系吗？
要说清楚这个问题，就得先看看Worker是怎么创建的，下面是Worker构造方法

Worker(Runnable firstTask) {
    setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
    this.firstTask = firstTask; //赋值任务
    this.thread = getThreadFactory().newThread(this);//赋值线程
}

第二句赋值任务，第三句赋值线程。这都很符合我们的预期（给两个关键的成员变量赋值）。
而线程是从getThreadFactory()来的，也没什么好说的，就是一开始传入的线程工厂。
关键是：newThread(this)。把当前Worker对象作为任务，塞给了这个线程。这就是为什么Worker要实现Runnable。
Worker既然实现了Runnable，就需要一个run方法给Thread去执行。说到这里，是不是感觉就能串起来了: 在这个run方法里只要去调用我们提交的任务的run方法。下面展示了：Worker，Runnable，Thread之间更隐秘的关系（别被他们的位置所属关系迷惑了，这里我把他们三个拆成三个独立的个体）

线程调用Worker的run方法，Worker的run方法里又调用Runnable（用户提交的任务）的run方法。Worker的run相当于一个中转站。

runWorker

上图中，Worker里的run方法，并不是简简单单直接调用了一下下面Runnable的run方法。而是“做了一点文章”。
原因很好理解：如果只是简单调用，那么不就意味着：任务提交，核心线程数内的任务 分配线程，执行完，然后就没然后了。线程变成了“一次性”线程。任务队列里还有一堆嗷嗷待哺的任务没人管了。
所以Worker里的run方法调用了一个叫runWorker的“中转方法”，看一下这个方法内容：

 final void runWorker(Worker w) {
    Thread wt = Thread.currentThread();
    Runnable task = w.firstTask;
    w.firstTask = null;
    w.unlock(); // allow interrupts
    boolean completedAbruptly = true;
    try {
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {//  <-----------------不断去获取新任务
            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
            if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                    (Thread.interrupted() &&
                    runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                !wt.isInterrupted())
                wt.interrupt();
            try {
                beforeExecute(wt, task);//钩子方法1：执行任务前
                Throwable thrown = null;
                try {
                    task.run();//  <-------------------执行我们提交的Runnable的run方法
                } 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);//钩子方法2：执行任务后
                }
            } finally {
                task = null;
                w.completedTasks++;
                w.unlock();
            }
        }
        completedAbruptly = false;
    } finally {
        processWorkerExit(w, completedAbruptly);//  <----------------没任务了，清理线程
    }
}

• 只要能通过getTask()获取到新任务，这个循环就会一直继续。
• 获取不到新任务，才会跳出死循环，清理线程。
• 这两个钩子方法（beforeExecute和afterExecute）AOP的作用对象是工作线程，而不是线程池。

getTask()：获取任务

为什么核心线程可以永远不会被清除呢，看一下获取任务的方法就知道了：

可以看到在从任务队列里取任务，有两种结果：

1. 在指定时间内拿不到，就放弃(poll)。然后继续走下去，后面就会走出死循环，最终清理掉线程。
2. 拿不到就一直阻塞(take)。线程会一直存在。

一般情况都是第二种情况。

会产生第一种情况有两种，任意一个条件满足就可以：

1. 给线程池配置了allowCoreThreadTimeOut参数为true（默认是false）
   executorService.allowCoreThreadTimeOut(true);
   这个参数的意思是：是否允许核心线程超时（被清理）
   【这个参数可以让核心线程“不那么核心”，也会随时被清理。之所以前面不说这个参数，我是希望逐步加深，而不要一开始搞得太复杂】。
2. 当前的Worker数量超过了最大核心线程数。也就是“最大线程数很大，但队列却很短，不够排队，就直接运行，导致临时新增的线程”（医院排队用的椅子不够用，所以去其他医院借调医生）。

到这里，你可以先停一下。再仔细看看那个’wc’变量，稍微分析一下，看看逻辑是否说的通。判断一下自己的理解是否有偏差。

线程回收

通过前面的讲解，我们知道了什么样的线程会被清理。
有人或许会提到一个词叫“线程回收”。从字面意思来看，“回收”指的就是“回收再利用”。但看过源码我们就知道，并不存在一个“回收再利用”的机制。其实是“同一个线程不断索取新任务”的机制。
我们看看线程是如何清理的，也就是前面runWorker方法里，最后finally里的方法

    private void processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly) {
        ...
        workers.remove(w);
        ...
    }

我把其他代码都删了，只留了一句关键代码。

这个workers，是ThreadPoolExecutor里的一个成员属性HashSet，存储当前正在执行的Worker。
private final HashSet workers = new HashSet();

这里就是把当前这个Worker，从这个Set中删掉。
所以，准确的说是：清理Worker，顺带着把线程也清理了。
因为当前这线程，只有当前这个Worker引用。一旦Worker被GC，那么线程也变的无依无靠，然后也被GC。

为什么Worker要继承AQS

关于AQS的详细解释，请看我的另一篇博客Java锁深入理解2——ReentrantLock

Worker类实现Runnable的原因，前面已经说过了。那它为啥要继承AQS呢。
我在网上查了好多文章。大家抄来抄去，也没一个人说清楚，如下是一个还不错的说法：

Worker是通过继承AQS，使用AQS来实现独占锁这个功能。没有使用可重入锁ReentrantLock，而是使用AQS，为的就是实现不可重入的特性去反应线程现在的执行状态。

1. lock方法一旦获取了独占锁，表示当前线程正在执行任务中。
2. 如果正在执行任务，则不应该中断线程。
3. 如果该线程现在不是独占锁的状态，也就是空闲的状态，说明它没有在处理任务，这时可以对该线程进行中断。
4. 线程池在执行shutdown方法或tryTerminate方法时会调用interruptIdleWorkers方法来中断空闲的线程，interruptIdleWorkers方法会使用tryLock方法来判断线程池中的线程是否是空闲状态；如果线程是空闲状态则可以安全回收。

对于这段话。实现不可重入的特性反应线程现在的状态，我不太理解。【有理解的，可以评论区留言】
但下面那段话，我大致是明白了，可以给大家通俗直观的讲一下。

锁要起作用，至少要两个线程出现并发。
这里出现并发的线程只有两个：主线程 和 某一个工作线程。

而发生的场景，就是对线程池使用shutdown()的时候。

shutdown()

这是线程池的一个停止方法，目的是“优雅的把线程池”停下来（前面我们很多demo也都用了）
下面是代码

public void shutdown() {
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    mainLock.lock();
    try {
        checkShutdownAccess();
        advanceRunState(SHUTDOWN);
        interruptIdleWorkers();// <-------------中断空闲线程
        onShutdown(); // hook for ScheduledThreadPoolExecutor
    } finally {
        mainLock.unlock();
    }
    tryTerminate();
}

由于前面我们也说了，线程和Worker一一对应，所以中断Worker，也就是为了中断线程。下面是具体的代码

基本逻辑就是：遍历所有Worker，然后给他们的线程发出中断信号。
但是呢，有条件。第一个条件没啥，就是已经中断的就不再中断。关键是第二个条件，继续往下看tryLock的代码

public boolean tryLock()  { return tryAcquire(1); }//试图抢锁
----
protected boolean tryAcquire(int unused) {
    if (compareAndSetState(0, 1)) {// <-----只有当前state是0，才更新为1，否则返回false
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        return true;
    }
    return false;
}

也就是说Worker把自己包装成了一个独占锁。
主线程在试图给Worker发中断消息前，会先抢一下这个锁。抢成功了，才给这个Worker发中断，否就跳过这个Worker。
好，至此主线程这边就讲完了。

然后看看另一边，可能会受影响的工作线程那头的情况（也就是Worker）：

这段代码的大致逻辑：

• 如果能通过getTask()获取到任务，就一直循环。
• 在循环体内会通过Worker的锁，开始lock（把state改为1），结尾unlock（把state改为0），围成一个“安全区”。

所以，对那头的主线程来说：只有Worker线程处在绿色框里的getTask()时，才会发中断。而当Worker线程在红框里时，就不会发（注意：是直接跳过不发，而不是等着工作线程跑到绿色框内再发）。

从业务角度讲，红框内属于正在执行程序。绿框里属于空闲或者获取下一个任务的间隙（也算是短暂的空闲阶段）

所以：Worker通过继承AQS，把自己包装成一个独占锁。来实现只中断空闲线程的需求。

“中断空闲线程”方法（interruptIdleWorkers），并不只有shutdown()会调用，当修改最大核心线程数是也会调用。

为什么不使用同一个锁？
Worker之间执行应该是互不干扰的。用同一个锁，线程池就退化成“所有任务一个个顺序执行”的无意义框架了。

虽然上面说我不太理解Worker的可重入效果。但我也有自己的想法，只是没有找到佐证我想法的地方。
我觉得这里的“非重入效果”，大白话应该是：防止重复提交中断。

可以这么推理：非重入。指的就是自己反复拿锁。
这里只有两个线程：主线程，工作线程。谁可能重复拿锁呢？
工作线程应该不可能，人家就是老老实实的一遍遍循环“lock-unlock”，这是一个自动的过程。
那么可能重复拿锁的就是主线程了，比如用户连着写了两个shutdown()。那么就会在短时间内，出现两次w.tryLock()。如果前一次还没执行完，后面个就会tryLock()失败，返回false，跳过这个Worker。如果Worker很少，执行的很快，大概率是第二遍的所有Worker都会跳过通知中断。就实现了“防止重复提交中断”的效果。

怎么实现的非重入锁效果？（其实关于锁介绍，我之前"锁"的文章都讲过，这里再着重重复一遍）
其实非重入是最简单的，反而是要实现重入锁，反而需要增加判断逻辑。
关键就是tryAcquire方法逻辑（为什么和tryLock一样？因为tryLock调用的就是tryAcquire），就是尝试获取锁的逻辑：
非重入：一视同仁，别说旁人了，连自己都不能重复获取。
可重入：需要对当前线程进行判断，看看当前线程是不是获取锁的线程，如果是，说明是当前线程自己又来了。如下所示

getTask()的出口

前面我知道，想要从runWorker方法里的死循环里出来，唯一的办法就是getTask()获取任务返回null。所以我们看一下getTask()如何返回null

getTask()只有两个出口条件（这里的“出口”指的是跳出外面的runWorker循环，而不仅仅是跳出getTask()的循环），就是：

rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())
和
(wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
                && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())

第一个条件语句的意思是：如果状态已经被修改成SHUTDOWN并且任务队列为空。或者状态为STOP（使用shutdownNow后的状态）【stop状态值比shutdown的大。所以满足rs>stop 就一定满足 rs>shutdown】。
所以这里也解释了shutdown()和shutdownNow()的业务逻辑的区别。

第二个条件语句比较复杂，大致意思是：

• 如果确认已经没任务可处理了，那些增加的临时线程，就可以出去了（被清理）
• 因为改配置（核心线程数，最大线程数），从而需要删减掉的线程，在确保还有其他线程可以干活的时候，也可以出去了
• 就是处理“临时工” 和 “公司因为架构调整而裁员”（走之前都确保完成了手头工作，并完成了交接），具体怎么动态改配置，见基础篇的最后[如何配置线程池]

shutdown()发出的中断信号是如何起作用的：
如果此时线程阻塞在workQueue.take();
因为收到中断信号，阻塞就会解除，循环继续。然后在第一个出口出去（SHUTDOWN状态 并且 任务队列为空）

shutdown()和shutdownNow()的区别

通过前面分析，我们得知两者最大的区别是：shutdown()需要等队列空了之后才会销毁线程。而shutdownNow()只需要等当前线程执行的任务结束，就会销毁线程。

那就产生一个问题：为什么shutdown()只对空闲线程发中断消息？
其实我们看runwork和getTask()的逻辑可知，就算shutdown()像shutdownNow()那样给所有状态的线程都发中断消息，也不影响结果（反正出口 只在getTask里）。那他们中断的条件 做出区别，意义是什么呢?

答：我们要考虑工作线程里的任务内容。
假如用户写的任务里也写了一个阻塞语句（比如最简单的Thread.sleep）。此时，两者的差别就出来了：
shutdownNow()因为无视运行中的用户任务，直接发送中断消息。比如此时用户任务里刚好执行到了sleep，正在阻塞。那么线程收到中断消息之后，sleep将会响应这个中断消息，从而结束阻塞，然后抛出一个异常。虽然用户捕获了这个异常（中断异常都是检查异常，需要强制捕获），但还是起到了一个作用：加速用户任务的结束。虽然这样引起了用户任务的报错，一定程度上确实影响了任务的正常执行，但也好过使用Thread.stop(被明令禁止使用的终止线程的粗暴方式，因为可能会引起意想不到的结果)。
但是，用户的任务里未必有阻塞语句。即便有，也不一定刚好赶上，阻塞的时候收到中断消息（也许刚好阻塞结束了，此时收到了中断消息。那么中断消息就对用户任务不起任何作用）。
所以shutdownNow()的作用是通过中断消息让用户任务尽快结束，但是否真的起作用，全凭用户任务是否理睬这个中断消息。如果用户任务无视这个中断消息，那就没什么特殊的效果。

所以我们更进一步引申：添加到线程池里的任务。在将要执行长时间操作的之前，最好手动刻意判断一下当前线程中断状态。如果收到中断消息，就可以根据实际业务情况。如果能停，就优雅的提前结束任务，也算是帮助shutdownNow()加快停机的速度。毕竟线程池执行shutdownNow()并不常见（相比较而言，shutdown()还是更优雅，更常用）。如果出现了，那么执行人必然是希望线程都能尽快的停下来的。

【关于中断，详细请看Java锁深入理解4——ReentrantLock VS synchronized中的中断部分】

线程池状态变化

• 对用户来说一般只关心正常运行的RUNNING状态，和操作shutdown()之后变成SHUTDOWN状态，操作shutdownNow()变成STOP状态。
• 操作shutdown()或shutdownNow()之后，用户一般就不用管了，都会自动走到最终的TERMINATED（shutdown和shutdownNow方法都会通过调用tryTerminate()来完成后续收尾工作）。
• TIDYING（字面意思是整理收拾残局）是一个中间状态，感知最不明显。
• terminated()就是基础篇中讲到的ThreadPoolExecutor为子类提供的三个钩子方法之一，也是唯一的一个线程池本身状态变化的钩子方法，表示：线程池关闭后，你要做点什么。

两种关闭前的钩子方法

在ThreadPoolExecutor中还发现有一个finalize()方法。

/**
 * Invokes {@code shutdown} when this executor is no longer
 * referenced and it has no threads.
 */
protected void finalize() {
    SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
    if (sm == null || acc == null) {
        shutdown();
    } else {
        PrivilegedAction pa = () -> { shutdown(); return null; };
        AccessController.doPrivileged(pa, acc);
    }
}

表示：在线程池中没有线程了，并且线程池本身这个引用也没人引用了（可能只是一个局部变量）。即将被GC处理掉前调用这个方法。

在初学Java时，会经常提到这个方法，是Object类为我们提供的钩子方法。在这个方法里，调用了一下shutdown()方法。

这让我想起了另外一个关闭前的钩子方法Runtime.getRuntime().addShutdownHook(线程)。
它的意思JVM关闭前会调用这线程（这里的只能传入一个线程，而不是方法）。在SpringBoot里，创建完Tomcat对象，就把关闭Tomcat的代码写在了这个线程里。

所以，为了优雅而安全的关闭资源，我们可以重写finalize()方法或者使用Runtime.getRuntime().addShutdownHook(线程)来完成一些收尾操作。

submit + Future + Callable实现异步返回值

这里讲一下线程池实现异步返回运行结果的实现机制

• 表面上（左侧），把Callable任务传入ThreadPoolExecutor的submit方法，返回Future。在Future里可以异步get出任务的返回值。
• 实际内部机制（右侧）：以FutureTask为核心。
• FutureTask干了如下事情：
  • 把Callable封装进来
  • 实现Runnable接口，所以有一个run方法。
  • 在run方法里调用Callable的call方法。
  • 把call方法的返回值封装在自己的另一个成员属性outcome里（等人来取）。
  • 最后把FutureTask作为一个任务（Runnable）传入线程池的execute方法。
  • 线程（Thread）执行FutureTask中的run方法，然后前面的步骤就走通了。。。
  • submit的返回值Future.get()，获取到的就是FutureTask中的outcome(call方法的返回值)

小结

• 线程池的实现机制基本都在ThreadPoolExecutor类中
• Worker是ThreadPoolExecutor中的内部类。
• 任务队列（workQueue）和ctl是ThreadPoolExecutor的成员变量。
• ctl记录有效线程数和线程池状态
• Worker封装了线程（Thread）和任务（Runnable）
• 线程和Worker是公用的，一般都是固定数量（和核心线程数一致）
• 初始任务（Runnable）的提交，伴随着Worker的创建和线程的创建。之后线程和Worker很快固定下来，不断从任务队列中获取并处理新的任务
• 有效线程数达到核心线程数，新提交进来的任务都是进入任务队列，等待被线程处理。
• 核心线程获取不到任务就一直阻塞着。临时新增的线程获取不到任务，等待一段时间确认没活干了，就会被清理掉。
• Worker通过继承AQS把自己包装成一个不可重入的独占锁。并在运行过程中，用这个锁来保证线程安全（不被中断信号干扰）。同时避免了中断信号的重复发送。
• shutdown()和shutdownNow()都是通过给线程发中断信号，来中断阻塞。但shutdown()只会让空闲的线程中断。总之，就是为了让线程池“优雅”的关闭。
• 为了优雅的关闭，我们除了设置一些主动操作，还可以设置一些兜底的被动关闭方式：重写finalize()或者使用Runtime.getRuntime().addShutdownHook(线程)。
• 本质上，线程池只有一个接收任务的方法：execute(Runnable)。任务也只有Runnable。只不过在FutureTask的作用下，实现了第二个接受任务的方式submit。而且这个方法还有返回值，只不过接受的任务也变成了Callable。

总结

• 为了合理利用线程资源，JDK参考“池化思想”，引入线程池来统一管理和使用线程。
• 主要涉及到三个相关概念：线程池，任务，返回值（Future）
• 线程池是一个生产者-消费者模型。通过阻塞队列来让少量的线程处理很多任务（类似于医院里，几个医生为很多患者服务的场景）
• 配置合理的线程池关键参数（核心线程数，最大线程数，队列长度），在实际生产中并不容易。可以通过线程池提供的getxxx来监控，然后通过setxxx来动态配置参数。
• 在线程池的实现中，“解决多线程并发问题”和“优雅的关闭线程池”是两个重点考量问题。主要应用了锁和CAS（无锁）来实现。【关于锁，可以参考另一篇博客Java锁深入理解】

参考

JDK1.8源码
Java线程池
JAVA Future类详解
Java线程池实现原理及其在美团业务中的实践
jdk线程池工作原理解析
线程的高效利用