【详解】ThreadPoolExecutor源码阅读（一）

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• 【详解】ThreadPoolExecutor源码阅读（一）
  
• 【详解】ThreadPoolExecutor源码阅读（二）
  
• 【详解】ThreadPoolExecutor源码阅读（三）
  

工作原理简介

　　ThreadPoolExecutor会创建一组工作线程，每当一个工作线程完成其任务的时候，会向任务队列获取新的任务执行。如果任务队列为空，获取任务的线程将被阻塞。不出意外的话，工作线程会一直工作，直到线程池主动释放空闲线程，或者随着线程池的终结而结束。

    

工作者线程

在ThreadPoolExecutor中有一个内部类Worker，但这个Woker类并没有像想象中的那样继承于Thread，而是通过组合的方式绑定一个线程。在一定程度上，也可以把这个Worker看作是一个工作者线程。

（可能是由于想要使用AbstractQueuedSynchronizer的功能吧，Java的类不支持多继承，就只好采取组合的方式来处理了）

这个Worker如何与一个线程绑定？

这个工作者任务是在创建的时候与一个线程绑定的，其通过外部类ThreadPoolExecutor提供的线程工厂，创建一个线程，把自己传递给它，并保留线程的引用。

Worker(Runnable firstTask) {
    //防止在runWorker之前被中断，因为worker一旦建立就会加入workers集合中
    //其他线程可能会中断空闲线程
    //而空闲线程的依据就是能否获得worker的锁
    setState(-1); 
    //设置初始任务，注意这里没有null检查，故初始任务可以为空
    this.firstTask = firstTask;
    //通过ThreadPoolExecutor的提供线程工厂来创建线程，并把自身赋值给它，作为其线程任务
    //保留线程引用，用于中断线程
    this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}

Worker绑定的线程何时启动？

至此，线程的创建和绑定完成了（这里的线程指的只是Java的Thread对象），但是还没见到线程的启动（启动后才创建OS线程）。因为启动线程，必须通过Thread的start方法启动。那就来找找start方法在何处调用。

在ThreadPoolExecutor的addWorker中，我们找到，当创建的Worker对象成功加入workers集合后，将启动对应线程。

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) { //core表示是否是核心线程
    //先试图改变控制信息内 工作线程数 的值
    retry:
    for (;;) {
        //获得控制信息
        int c = ctl.get();
        //从控制信息内 获取线程池运行状态
        int rs = runStateOf(c);

        //如果已经SHUTDOWN或者STOP则不再添加新工作线程
        //除非，在SHUTDOWN状态下，有任务尚未完成，不接受新任务
        if (rs >= SHUTDOWN &&
            ! (rs == SHUTDOWN &&
               firstTask == null &&
               ! workQueue.isEmpty()))
            return false;

        for (;;) {
            //从控制信息内获取 工作线程数
            int wc = workerCountOf(c);
            //工作线程以超过容量 或 
            //核心线程，超过核心线程数
            //非核心线程超过最大线程数
            //不得添加新线程
            if (wc >= CAPACITY ||
                wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                return false;
            //CAS改变控制信息内  工作线程数的值 +1 ，并结束自旋
            if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                break retry;
            c = ctl.get();  // Re-read ctl
            if (runStateOf(c) != rs)
                continue retry;
        }
    }


    boolean workerStarted = false; //worker线程是否已经启动
    boolean workerAdded = false; //worker线程是否已加入workers集合
    Worker w = null;
    try {
        w = new Worker(firstTask); //创建新线程，把初始任务赋值给它
        final Thread t = w.thread; //获取Worker的线程引用
        if (t != null) {
            //因为要修改集合HashSet，故需获取线程池的锁，以保证线程安全
            final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
            mainLock.lock();
            try {
                
                //获取锁后再次检查状态，有可能在获得锁之前，线程池已经被shutdown了
                int rs = runStateOf(ctl.get());

                if (rs < SHUTDOWN ||
                    (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                    if (t.isAlive()) //提前检查线程能否start
                        throw new IllegalThreadStateException();
                    //把worker对象加入workers集合
                    workers.add(w);
                    int s = workers.size();
                    //更新largetstPoolSize，此字段表示线程池运行时，最多开启过多少个线程
                    if (s > largestPoolSize)
                        largestPoolSize = s;
                    //线程已加入集合，如果前面出现异常，这里不会被执行
                    workerAdded = true;
                }
            } finally {
                mainLock.unlock();
            }
            //如果添加成功，则启动线程
            if (workerAdded) {
                t.start();
                workerStarted = true;
            }
        }
    } finally {
        //如果启动失败了，则表示添加Worker失败，回滚
        if (! workerStarted)
            //这个方法，会把前面添加到workers集合中的对应worker删除
            //并且把前面更新的 控制信息内的工作线程数再减回来
            addWorkerFailed(w);
    }
    return workerStarted;
}

那线程启动后，将执行什么方法呢？

　　那当然是执行Thread对象的run方法了，由于这里采用的是传递Runnable对象的方式创建线程任务，故Thread的run方法执行的是其target的run方法。而这个target正是前面传递给它的Worker。故执行的是Worker的run方法，如下：

这里的runWorker是其外部类ThreadPoolExecutor的方法。

final void runWorker(Worker w) {
    //获得当前执行这段代码的线程
    Thread wt = Thread.currentThread();
    //先尝试从worker取得初始任务
    Runnable task = w.firstTask;
    w.firstTask = null;
    //允许中断，unlock后state=1，中断方法获取到锁，则判断为空闲线程，可中断
    w.unlock(); 
    boolean completedAbruptly = true;
    try {
        //不断地取任务执行、 其中getTask提供阻塞。如果getTask返回null则退出循环
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {
            //获取锁，标识此线程正在工作，非空闲线程
            w.lock();
            if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                 (Thread.interrupted() &&
                  runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                !wt.isInterrupted())
                wt.interrupt();
            try {
                //钩子函数，空实现，子类可根据需要进行实现
                beforeExecute(wt, task);
                Throwable thrown = null;
                try {
                    //运行获取到的任务
                    task.run();
                } catch (RuntimeException x) {
                    thrown = x; throw x;
                } catch (Error x) {
                    thrown = x; throw x;
                } catch (Throwable x) {
                    thrown = x; throw new Error(x);
                } finally {
                    //钩子函数
                    afterExecute(task, thrown);
                }
            } finally {
                task = null;
                w.completedTasks++;
                w.unlock();
            }
        }
        //如果因为异常退出，这段语句不会被执行，也就是说completedAbruptly==true
        completedAbruptly = false;
    } finally {
        //工作线程退出的处理操作,如获取当前worker完成的任务量
        //如果异常退出，还需弥补，补充工作线程等等
        processWorkerExit(w, completedAbruptly);
    }
}

       注：这里还提供了beforeExecute和afterExecute两个钩子函数，如果子类有需要，可以覆盖它们。在这两个时刻做一些操作。

　　也就是说，每个工作者任务绑定的线程，执行的就是上述代码。那么就会有多个线程访问上述代码。问题来了，上述代码会不会出现线程安全问题？

　　线程安全问题多出于多个线程对同一资源的访问，但是上述代码中，每个线程操作的是各自绑定的Worker。这些线程唯一有交集的，就是取任务操作了。但是任务已经交由BlockingQueue处理了，BlockingQueue的同步特性使得多个线程能够安全地获取任务。也就是说，不会有线程安全问题。

ThreadPoolExecutor与ThreadPool在线程池的实现上有何差别

注：在之前的博文【胡思乱想】JNI与线程池的维护 中有引用一个线程池的实现案例，后文就叫他ThreadPool，该案例基本实现了线程池的功能。但是在实际生产中，由于有更细致的需求，线程池的实现也复杂的多。JDK就有线程池的实现，ThreadPoolExecutor。

至此，我们来对比一下ThreadPoolExecutor与ThreadPool两个线程池实现的差别

ThreadPool中，工作者线程完成手头任务后，是回归到线程池，等待ThreadPool给它分配任务。(ThreadPool是一个线程类），也就是说在ThreadPool的实现中线程池还有一个线程用来分发任务。

ThreadPoolExecutor中，工作者线程一旦完成手头的任务，就自行从队列中获取新的任务接着做。如果没有任务，将被阻塞，其线程池把任务分发（可能需要的同步，阻塞）的责任剥离了出来，交由BlockingQueue进行处理。