ThreadPoolExecutor 源码分析

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发布时间：2019-06-13

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public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {}

ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService，该抽象类为线程池提供了默认实现。后面讲到线程池代码时详细说明。

构造函数

ThreadPoolExecutor有很多重载的构造函数，所有构造函数最终都调用了一个构造函数，只是有些构造函数有默认参数而已，看下最终调用的构造函数

public ThreadPoolExecutor(     int corePoolSize,     int maximumPoolSize,     long keepAliveTime,     TimeUnit unit,     BlockingQueue
     
       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.corePoolSize = corePoolSize;        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;        this.workQueue = workQueue;        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);        this.threadFactory = threadFactory;        this.handler = handler;}

corePoolSize：核心线程数，当提交一个新的任务到线程池，如果当前线程池运行的线程数（包括闲置的线程）小于核心线程数，则会创建一个新的线程作为核心线程来执行该任务。

　　maximumPoolSize：线程池允许最大的线程数，当提交一个新的任务到线程池，如果当前线程池运行的线程数（包括闲置的线程）大于corePoolSize，小于maximumPoolSize，并且等待队列满的时候，会创建一个新的线程来处理该任务。

　　keepAliveTime：当线程池中线程数量大于corePoolSize时，闲置线程最长可以存活的时间。

　　unit：时间单位。

　　workQueue：保存任务的队列，当池中线程数大于corePoolSize时，新来的任务保存到该队列。

　　threadFactory：线程工厂，线程池中的线程都是通过这个工厂创建的。

　　handler：任务拒绝执行策略，当线程池无法处理新来任务时的处理策略。

线程池设计思路

1 当一个任务通过submit或者execute方法提交到线程池的时候，如果当前池中线程数（包括闲置线程）小于coolPoolSize，则创建一个线程执行该任务。

　　2 如果当前池中线程数大于等于coolPoolSize，则将该任务加入到等待队列。

　　3 如果任务不能入队，说明等待队列已满，若当前池中线程数小于maximumPoolSize，则创建一个临时线程（非核心线程）执行该任务。

　　4 如果当前池中线程数已经等于maximumPoolSize，此时无法执行该任务，根据拒绝执行策略处理，后面还会详细讲解具体的拒绝执行策略。

注意：当池中线程数大于coolPoolSize，超过keepAlive时间的闲置线程会被回收掉。注意，回收的是非核心线程，核心线程一般是不会回收的。如果设置allowCoreThreadTimeOut(true)，则核心线程在闲置keepAlive时间后也会被回收。

任务队列是一个阻塞队列，线程执行完任务后会去队列取任务来执行，如果队列为空，线程就会阻塞，直到取到任务。

主要方法

线程池状态

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));    //COUNT_BITS计算后等于29，活动线程数占用的位数    private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;    //活动线程最大数量    private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;    //线程池5种运行状态，保存在ctl高3位    //11111111 11111111 11111111 11111111左移29位后只保留高位3个1即：    //11100000 00000000 00000000 00000000    private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;    //0左移29位后    //00000000 00000000 00000000 00000000    private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;    //1左移29位后    //00100000 00000000 00000000 00000000    private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;    //2左移29位后    //01000000 00000000 00000000 00000000    private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;    //3左移29位后    //01100000 00000000 00000000 00000000    private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

线程池维护了一个int原子变量ctl，表示线程池当前状态。通过这一个字段表示线程池当前活动线程数和线程池的运行状态。其中低29位用来表示活动线程数，高3位用来表示线程池的运行状态。

线程池的状态

RUNNING：该状态下的线程池可以接受新任务，并且可以处理等待队列中的任务。

　　SHUTDOWN：该状态下的线程池不再接受新任务，但是可以处理等待队列中的任务。

　　STOP：该状态下的线程池不再接受新任务，不再处理等待队列中的任务，会中断正在执行的任务。

　　TIDYING：所有的任务都已经中止，活动线程数为0，此状态下的线程池即将转移到TERMINATED状态。

　　TERMINATED：terminated()执行完后到达此状态。

线程池的状态转移包括如下几个：

RUNNING -> SHUTDOWN，在执行shutdown()方法时，线程池经历了这种状态转移过程。

　　RUNNING -> STOP或者SHUTDOWN -> STOP，在执行shutdownNow()方法时，线程池经历了这种状态转移过程。

　　SHUTDOWN -> TIDYING，当等待队列和池中的任务都为空时，经历了这种状态转移过程。

　　STOP -> TIDYING，池中任务为空时，经历这种状态转移过程。

　　TIDYING -> TERMINATED，执行terminated()方法时经历这个状态转移过程。

Executor

public void execute(Runnable command) {    if (command == null)      throw new NullPointerException();    //取线程池当前状态    int c = ctl.get();    //线程数小于核心线程数，创建一个核心线程，并将任务作为该线程第一个任务    //如果创建线程失败，返回false    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {      if (addWorker(command, true))        return;      //重新获取状态      c = ctl.get();    }    //尝试将任务添加到等待队列    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {      int recheck = ctl.get();      //重新判断线程池是否处于RUNNING状态，若不处于RUNNING状态，删除等待队列中该任务并拒绝任务      if (! isRunning(recheck) && remove(command))        reject(command);      //如果没有线程则创建一个非核心线程      else if (workerCountOf(recheck) == 0)        addWorker(null, false);    }    //任务添加到等待队列失败，尝试创建一个非核心线程执行该任务，创建失败则拒绝执行任务    else if (!addWorker(command, false))      reject(command);}//当前活动线程数量private static int workerCountOf(int c)  {     //c & 00011111 11111111 11111111 11111111    //"与"运算取低29位的值    return c & CAPACITY; }

execute的执行逻辑其实前面已经提到了，这里根据代码再分析下：

1 对于空的任务，线程池会抛出NPE异常

　　2 通过workerCountOf方法获取线程池的线程数，若线程数小于核心线程数，创建一个核心线程并将任务作为该核心线程的第一个任务。若创建线程失败，重新获取线程池状态。

　　3 尝试将任务添加到等待队列，需要注意的是，任务添加到等待队列成功后，需要进一步检查线程池状态，因为这个过程线程池的状态可能已经改变。

　　4 尝试将任务添加到等待队列，添加失败拒绝执行任务。

使用prestartAllCoreThread方法可以提前创建好所有的核心线程。

PS ： workCountOf方法很简单，通过”与”运算取ctl的低29位的值。

private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }

addWoker

//firstTask：当池中线程数小于corePoolSize或者等待队列已满，创建的工作者线程执行的第一个任务//core：是否作为核心线程private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {    retry:    for (;;) {      int c = ctl.get();      //线程池当前状态      int rs = runStateOf(c);      //这个条件看起来有点晕，不着急，我们仔细分析下      //原判断条件为：      //rs >= SHUTDOWN && !(rs == SHUTDOWN && firstTask == null && !workQueue.isEmpty())      //如果线程池状态为RUNNING，或者      //线程池状态是SHUTDOWN，并且firstTask为空，并且等待队列不为空，可以接受任务。      //其他情况下，addWorker直接返回false。      //通俗点讲，就是线程池处于SHUTDOWN状态时，还可以处理等待队列中的任务，但是不可以接受新任务了。      //RUNNING状态下的线程池当然可以接受新的任务了      if (rs >= SHUTDOWN &&          ! (rs == SHUTDOWN &&             firstTask == null &&             ! workQueue.isEmpty()))        return false;      for (;;) {        int wc = workerCountOf(c);        //线程池中线程数量是否达到上限        //核心线程数的上限是coolPoolSize，非核心线程数的上限是maximumPoolSize        if (wc >= CAPACITY ||            wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))          return false;        //增加线程数成功，结束retry对应的for循环        if (compareAndIncrementWorkerCount(c))          break retry;        //重新读取状态值        c = ctl.get();        //状态改变了，到retry处重新开始for循环        if (runStateOf(c) != rs)          continue retry;      }    }    //到这里说明CAS增加线程数成功了    boolean workerStarted = false;    boolean workerAdded = false;    //Worker是线程池实现的内部类，实现了AQS和Runnable，包装了需要执行的任务和执行的线程    //Worker就是线程池的工作线程，是干活的工人    Worker w = null;    try {      final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;      //创建一个工作者线程      w = new Worker(firstTask);      final Thread t = w.thread;      if (t != null) {        mainLock.lock();        try {          //获取锁之后重新获取状态          int c = ctl.get();          int rs = runStateOf(c);          if (rs < SHUTDOWN ||              (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {            //如果该线程已经启动了，抛出异常，因为我们稍后才会启动该线程            if (t.isAlive())              throw new IllegalThreadStateException();            //workers是线程池的私有属性，存储了Worker            workers.add(w);            int s = workers.size();            //更新线程池的最大数量            if (s > largestPoolSize)              largestPoolSize = s;            //添加成功了            workerAdded = true;          }        } finally {          mainLock.unlock();        }        if (workerAdded) {          //如果添加成功了，启动线程          t.start();          //启动成功了          workerStarted = true;        }      }    } finally {      //处理启动失败的情况，回滚，从workers中移除该worker，将wc减1      if (! workerStarted)        addWorkerFailed(w);    }    //返回添加的线程是否启动成功    return workerStarted;}

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挺长的，需要的自己打开

步骤一：检查。只有线程池处理RUNNING状态，或者处于SHUTDOWN状态并且任务队列不为空的情况下才能继续添加线程。

　　步骤二：检查。检查线程池数量是否超过上限，如果添加的是核心线程，上限即corePoolSize，如果不是核心线程，上限即为maximumPoolSize。

　　步骤三：将工作线程数量原子加1，如果加成功，则继续步骤四添加工作线程。如果不成功，说明ctl字段已经被其他线程修改过了，所以要回到步聚一重新检查。

　　步骤四：创建一个Worker对象（Worker是一个内部类，可以认为就是一个线程）

　　步骤五：加锁 mainLock.lock()

　　步骤六：重新检查线程池状态

　　步骤七：把创建好的Worker对象加入到workers中，并且更新数量

这里再说下该方法的思路：

1 首先试图原子地增加线程数，这个过程需要检查ctl的状态，如果检查发现不能创建新worker，返回false。否则自旋CAS增加线程数，直到设置成功。

　　2 线程数增加成功后，真正创建worker并添加到workers工作集合中。创建worker成功后，启动该工作者线程，返回是否启动成功。如果启动worker失败，需要做回滚操作，从workers中移除该worker，并将wc减1。

工作线程-worker

//Worker实现了AQS，提供了锁操作private final class Worker        extends AbstractQueuedSynchronizer        implements Runnable    {        private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L;        //运行任务的线程        final Thread thread;        //执行的第一个任务，第一个任务可能为空        Runnable firstTask;        //该工作者已经执行完成的任务        volatile long completedTasks;        Worker(Runnable firstTask) {            //设置锁的状态为-1            setState(-1);            this.firstTask = firstTask;            //通过线程工厂新建一个线程，要执行的任务就是本Worker            //前面讲到addWorker方法，线程创建成功后会启动线程，线程执行的的任务正是本Worker，也就是            //执行run方法            this.thread = getThreadFactory().newThread(this);        }        public void run() {            //addWorker方法启动的线程最终会执行runWorker方法，该方法线程会从队列中取出任务执行            //若队列中没有任务可以执行，线程会阻塞            runWorker(this);        }        //下面几个方法都是锁操作，这里不再介绍        protected boolean isHeldExclusively() {            return getState() != 0;        }        //……}

View Code

前面讲到的addWorker方法，该方法创建了Worker实例并将firstTask作为Worker构造函数的参数。firstTask作为Worker第一个运行的任务。Worker构造函数创建线程的时候将firstTask作为该线程的Runnable参数。启动该线程的时候执行本Worker的run方法。run方法会调用runWorker，当线程执行完它的firstTask后会从等待队列取任务来执行，若等待队列为空，该线程就会阻塞等待，直到等待队列不空。

　　Worker是线程池的内部类，Worker它封装了Thread和Runnable，同时实现了AQS锁，这个锁主要是在中断线程时使用。

　　Worker的主要作用是让线程不断循环，从任务队列中取任务执行