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Java线程池源码解读（ThreadPoolExecutor）
达芬奇密码2018-07-03 12:40
一、简介
线程池是我们经常使用的一种提高系统效率的工具，本文以ThreadPoolExecutor类为例，通过阅读源码，和大家分享一下线程池的实现原理。
二、源码阅读
1、继承关系
1）最顶层的是一个Executor接口，仅定义了一个方法：
2）随后是ExecutorService，继承自Executor的接口，定义了
3）随后是一个抽象类AbstractExecutorService，基本把ExecutorService中声明的方法都实现了，除了execute(Runnable command)，可以看到常用的submit方法其实也是调用了execute方法，只是再外层包了一个RunnableFuture对象，因此后面我们重点讲execute方法
2、线程池状态
在介绍execute方法之前，先介绍线程池的几种状态：
每个线程池对象都会维护一个变量ctl，头3位表示线程池的状态，后29位表示当前的任务数，线程池状态有五种，分别是：
1）RUNNING
此时可以接收任务，并执行
2）SHUTDOWN
此时线程池不接收新的任务，但是会等待所有任务执行完毕；当调用shutdown()，则状态会从running变为shutdown
3）STOP
此时线程池不接收新的任务，并且尝试中断正在执行的任务；当调用shutdownNow()，则状态会从running/shutdown变为stop
4）TIDYING
所有任务都已经终止，任务数为0，则状态为变成tidying，并且会回调terminated()方法；当队列和pool都为空，则会变为tidying
5）TERMINATED
terminated()方法执行完毕，状态即为terminated；可以调用awaitTermination()，则当状态变为terminated之前会一直阻塞
3、构造方法
构造方法包括如下几个参数：
1）corePoolSize
核心池大小，表示pool中维持的idle的线程数的最大数量，当然如果设置了allowCoreThreadTimeout,那么也会被回收
2）maxiumPoolSize
表示pool中最多能同时存在多少个线程，大于等于corePoolSize
3）keepAliveTime和unit
表示大于corePoolSize的线程idle多久的情况下会被回收
4）workQueue
阻塞队列，用于存储那些尚未排上队的任务
5）threadFactory
生成线程的工厂
6）handler
当线程都满了，且队列也满了的情况下，会调用该方法来拒绝任务，有多种策略可以选择，或者自定义实现
注：可以看到，构造方法仅仅做了一些赋值操作，此时线程池中一个线程都还没有
4、execute方法
execute方法是供外面调用的，分为3步：
1）如果当前任务数小于核心池的大小，那么生成一个新的worker线程，并执行当前提交的任务
2）如果当前任务数超过了核心池的大小，或者addWorker失败了，则判断线程状态是否是running，并将任务放到queue中
此时，可以看到做了一个double check，目的是：
一是防止任务加入到queue之后，状态忽然变更（如变成shutdown），此时会reject；
二是防止任务加入到队列之后，所有的工作线程都die了，此时会起一个新的worker线程
3）如果queue也满了，此时会尝试在maxiumPoolSize限定下，尝试起一个worker线程，如果失败了，则reject
5、Worker线程
在介绍addWorker方法之前，先了解Worker线程，Worker是ThreadPoolExecutor的一个内部类，本身是一个Runnable
可以看到，通过构造方法中传入的ThreadFactory，初始化一个Thread，调用start方法，即可让Worker运行起来，关键方法即是runWorker(this)，该方法由ThreadPoolExecutor实现。
该方法先判断Worker初始化时的firstTask是否为null，如果不为null，则执行其run方法。
否则调用getTask()方法从queue中拿到task，再执行；
如果拿到了null，则线程会退出
执行之前会检查线程池状态，如果大于等于stop，则会中断执行；
执行之前会调用beforeExecute，执行之后会调用afterExecute，这两个方法默认为空实现，可以调用方自己去实现；
注意，在执行任务之前，会先调用w.lock()获取锁，这个可以用于判断worker是否处于idle状态
我们继续看getTask方法
首先是检查线程池状态，如果大于等于shutdown，并且，大于等于stop或者queue为空，那么会返回null，让当前worker停止
(这里有点绕，换一种说法就是，如果现在是shutdown状态，那么除非queue为空，否则不会返回null，如果是stop状态，则会直接返回null，和shutdown/shutdownNow方法就可以联系起来了)
然后，判断当前线程是否可以过期，如果当前线程数量超过核心池大小，或者设置了允许核心池线程idle回收，则可以过期
如果线程可以过期，则调用poll方法，从queue中取任务，否则会调用take方法，一直阻塞在这里，
线程的过期在下一个for循环中（此时timedOut=true），返回null来中止worker线程
6、addWorker方法
首先，依然是检查线程状态，并且判断线程数量是否超限，并且如果检查过程中线程状态发生了变更，需要进行重试
在正在启用一个worker线程之前，需要先拿到一个全局锁mainLock，同时拿到锁之前，依然需要double check一下线程池状态
如果一切要求都满足，则会调用start方法，正式启动worker线程
7、shutdown和shutdownNow
shutdown会关闭idle的worker，并等待所有任务执行完毕之后再结束线程池
shutdownNow则会立即尝试打断所有worker线程，并把所有没有执行的任务返回
8、几种常用的线程池（实际上就是ThreadPoolExecutor的几种不同的参数配置）
1）newSingleThreadExecutor
2）newCachedThreadPool
3）newFixedThreadPool
三、总结
希望对大家有用
本文来自网易实践者社区，经作者曹佳俊授权发布。
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