分析ThreadPoolExecutor的執(zhí)行原理，直接從execute方法開始
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
int c = ctl.get();
// 1、工作線程 < 核心線程
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
// 2、運(yùn)行態(tài)，并嘗試將任務(wù)加入隊(duì)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、使用嘗試使用最大線程運(yùn)行
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}
這三處if判斷，還是比較泛的，整體大框框上的流程，可用下圖表示。
線程任務(wù)處理流程.png
在execute方法中，用到了double-check的思想，我們看到上述代碼中并沒(méi)有同步控制，都是基于樂(lè)觀的check，如果任務(wù)可以創(chuàng)建則進(jìn)入addWorker(Runnable firstTask, boolean core)方法，注意上述代碼中的三種傳參方式：
- addWorker(command, true)： 創(chuàng)建核心線程執(zhí)行任務(wù)；
- addWorker(command, false)：創(chuàng)建非核心線程執(zhí)行任務(wù)；
- addWorker(null, false)： 創(chuàng)建非核心線程，當(dāng)前任務(wù)為空；
addWorker的返回值是boolean，不保證操作成功。下面詳看addWorker方法（代碼稍微有點(diǎn)長(zhǎng)）：
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
// 第一部分：自旋、CAS、重讀ctl 等結(jié)合，直到確定是否可以創(chuàng)建worker，
// 可以則跳出循環(huán)繼續(xù)操作，否則返回false
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增長(zhǎng)workerCount，成功則跳出循環(huán)
break retry;
c = ctl.get(); // Re-read ctl 重新獲取ctl
if (runStateOf(c) != rs) // 狀態(tài)改變則繼續(xù)外層循環(huán)，否則在內(nèi)層循環(huán)
continue retry;
// else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
}
}
// 第二部分：創(chuàng)建worker，這部分使用ReentrantLock鎖
boolean workerStarted = false; // 線程啟動(dòng)標(biāo)志位
boolean workerAdded = false; // 線程是否加入workers 標(biāo)志位
Worker w = null;
try {
w = new Worker(firstTask); //創(chuàng)建worker
final Thread t = w.thread;
if (t != null) {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
// 獲取到鎖以后仍需檢查ctl，可能在上一個(gè)獲取到鎖處理的線程可能會(huì)改變r(jià)unState
// 如 ThreadFactory 創(chuàng)建失敗 或線程池被 shut down等
int rs = runStateOf(ctl.get());
if (rs < SHUTDOWN ||
(rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
if (t.isAlive())
throw new IllegalThreadStateException();
workers.add(w);
int s = workers.size();
if (s > largestPoolSize)
largestPoolSize = s;
workerAdded = true;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
if (workerAdded) {
t.start(); // 啟動(dòng)線程
workerStarted = true;
}
}
} finally {
if (! workerStarted)
addWorkerFailed(w); // 失敗操作
}
return workerStarted;
}
addWorker的工作可分為兩個(gè)部分：
- 第一部分：原子操作，判斷是否可以創(chuàng)建worker。通過(guò)自旋、CAS、ctl 等操作，判斷繼續(xù)創(chuàng)建還是返回false，自旋周期一般很短。
- 第二部分：同步創(chuàng)建workder，并啟動(dòng)線程。
第一部分思路理清楚，就可以理解了。下面詳解第二部分的Worker：
Worker類圖
Worker是ThreadPoolExecutor的內(nèi)部類，實(shí)現(xiàn)了 AbstractQueuedSynchronizer 并繼承了 Runnable。
private final class Worker extends AbstractQueuedSynchronizer implements Runnable
{
private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L;
/** 每個(gè)worker有自己的內(nèi)部線程，ThreadFactory創(chuàng)建失敗時(shí)是null */
final Thread thread;
/** 初始化任務(wù)，可能是null */
Runnable firstTask;
/** 每個(gè)worker的完成任務(wù)數(shù) */
volatile long completedTasks;
Worker(Runnable firstTask) {
setState(-1); // 禁止線程在啟動(dòng)前被打斷
this.firstTask = firstTask;
this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}
/** 重要的執(zhí)行方法 */
public void run() {
runWorker(this);
}
// state = 0 代表未鎖；state = 1 代表已鎖
protected boolean isHeldExclusively() {
return getState() != 0;
}
protected boolean tryAcquire(int unused) {
if (compareAndSetState(0, 1)) {
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
return true;
}
return false;
}
protected boolean tryRelease(int unused) {
setExclusiveOwnerThread(null);
setState(0);
return true;
}
public void lock() { acquire(1); }
public boolean tryLock() { return tryAcquire(1); }
public void unlock() { release(1); }
public boolean isLocked() { return isHeldExclusively(); }
// interrupt已啟動(dòng)線程
void interruptIfStarted() {
Thread t;
// 初始化是 state = -1，不會(huì)被interrupt
if (getState() >= 0 && (t = thread) != null && !t.isInterrupted()) {
try {
t.interrupt();
} catch (SecurityException ignore) {
}
}
}
}
Worker 實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的 非重入互斥鎖，互斥容易理解，非重入是為了避免線程池的一些控制方法獲得重入鎖，比如setCorePoolSize操作。注意 Worker 實(shí)現(xiàn)鎖的目的與傳統(tǒng)鎖的意義不太一樣。其主要是為了控制線程是否可interrupt，以及其他的監(jiān)控，如線程是否 active（正在執(zhí)行任務(wù)）。
線程池里線程是否處于運(yùn)行狀態(tài)與普通線程不一樣，普通線程可以調(diào)用 Thread.currentThread().isAlive() 方法來(lái)判斷，而線程池，在run方法中可能在等待獲取新任務(wù)，這期間線程線程是 alive 但是卻不是 active。
runWorker代碼如下：
final void runWorker(Worker w) {
Thread wt = Thread.currentThread();
Runnable task = w.firstTask;
w.firstTask = null;
w.unlock(); // 允許被 interrupt
boolean completedAbruptly = true;
try {
// loop 直至 task = null （線程池關(guān)閉、超時(shí)等）
// 注意這里的getTask()方法，我們配置的阻塞隊(duì)列會(huì)在這里起作用
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
w.lock(); // 執(zhí)行任務(wù)前上鎖
// 如果線程池停止，確保線程中斷; 如果沒(méi)有，確保線程不中斷。這需要在第二種情況下進(jìn)行重新獲取ctl，以便在清除中斷時(shí)處理shutdownNow競(jìng)爭(zhēng)
if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
(Thread.interrupted() &&
runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
!wt.isInterrupted())
wt.interrupt();
try {
beforeExecute(wt, task); // 擴(kuò)展點(diǎn)
Throwable thrown = null;
try {
task.run(); // 真正執(zhí)行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); // 擴(kuò)展點(diǎn)
}
} finally {
task = null;
w.completedTasks++;
w.unlock();
}
}
completedAbruptly = false;
} finally {
processWorkerExit(w, completedAbruptly); // 線程退出工作
}
}
runWorker的主要任務(wù)就是一直loop循環(huán)，來(lái)一個(gè)任務(wù)處理一個(gè)任務(wù)，沒(méi)有任務(wù)就去getTask()，getTask()可能會(huì)阻塞，代碼如下：
private Runnable getTask() {
boolean timedOut = false; // 上一次 poll() 是否超時(shí)
for (;;) {
int c = ctl.get();
int rs = runStateOf(c);
// 是否繼續(xù)處理任務(wù) 可以參見上一篇的狀態(tài)控制
if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
decrementWorkerCount();
return null;
}
int wc = workerCountOf(c);
// 是否允許超時(shí)
boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
&& (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
return null;
continue;
}
try {
Runnable r = timed ?
workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
workQueue.take();
if (r != null)
return r;
timedOut = true;
} catch (InterruptedException retry) {
timedOut = false;
}
}
}
getTask()方法里面主要用我們配置的workQueue來(lái)工作，其阻塞原理與超時(shí)原理基于阻塞隊(duì)列實(shí)現(xiàn)，這里不做詳解。
總結(jié)，ThreadPoolExecutor的執(zhí)行主要圍繞Worker，Worker 實(shí)現(xiàn)了 AbstractQueuedSynchronizer 并繼承了 Runnable，其對(duì)鎖的妙運(yùn)用，值得思考。
多線程系列目錄（不斷更新中）：
線程啟動(dòng)原理
線程中斷機(jī)制
多線程實(shí)現(xiàn)方式
FutureTask實(shí)現(xiàn)原理
線程池之ThreadPoolExecutor概述
線程池之ThreadPoolExecutor使用
線程池之ThreadPoolExecutor狀態(tài)控制
線程池之ThreadPoolExecutor執(zhí)行原理
線程池之ScheduledThreadPoolExecutor概述
線程池之ScheduledThreadPoolExecutor調(diào)度原理
線程池的優(yōu)雅關(guān)閉實(shí)踐
