Java线程池源码完全解析

在源码解析之前，我们先思考一个问题：为什么要使用线程池？

如果不使用线程池，我们如何在程序中执行一些任务呢？

1. 最显而易见的一种方式就是顺序执行，代码描述如下：

java复制代码public static void main(String[] args) {
  doTask1();
  doTask2();
  // ...
}

1. 多线程执行，代码描述如下：

java复制代码public static void main(String[] args) {
  new Thread(Demo::doTask1).start();
  new Thread(Demo::doTask2).start();
  // ...
}

第一种方式编码简单，也不容易出错，但它的问题是效率不高，无法利用多核处理器的优势。第二种方式能利用多核的优势，为每个任务创建一个线程，由操作系统来调度任务，在任务不多的情况下它能很好的工作，但是当任务数量变多之后，线程创建销毁的性能损耗和线程的资源占用都将成为问题。

线程是宝贵的系统资源。

对于宝贵资源的使用，有一种通用的思想——池化。

这就是为什么我们要使用线程池的原因。下面这段代码是Java线程池ThreadPoolExecutor的基础使用案例。

java复制代码public static void main(String[] args) {
  ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(
    4,  // 核心池大小
    6,  // 最大池大小
    1, SECONDS, // Worker线程超时时间
    new ArrayBlockingQueue<>(4),    // 工作队列
    Thread::new,    // 线程工厂
    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()    // 拒绝任务的策略
  );
 
  // 提交task
  threadPool.execute(Demo::doTask1);
  threadPool.execute(Demo::doTask2);
  // ...
  threadPool.shutdown();
}

接下来我们根据上面这段示例代码，深入到源码，分析一下线程池的实现原理。

ThreadPoolExecutor的构造

上面的代码展示了ThreadPoolExecutor最基础的构造方法，一共有6个参数（明明是7个...），构造方法里面都是一些初始化操作，不在赘述，重点关注一下这6个参数。这里我先列举这些核心参数的用途，在后面源码分析的过程中我们会频繁看到这些参数的身影。

• corePoolSize 线程池正常运行时池的大小，这里称之为核心池
• maximumPoolSize 线程池能扩展到的最大线程数量，在核心池和工作队列都满的时候扩展，为了方便理解，这里将扩展出来的部分称之为临时池，也就是线程池=核心池+临时池
• keepAliveTime + TimeUnit 临时池或者核心池（当设置allowCoreThreadTimeOut为true时）线程超时时间，线程超过这个时间没有处理任务就会退出
• workQueue 工作队列（阻塞的），核心池的Worker线程全部启动的情况下，会将任务放到这个队列
• threadFactory 线程工厂，用于创建Worker线程
• RejectedExecutionHandler 拒绝策略，当核心池、工作队列和临时池都满了的情况下，或者线程池不是RUNNING状态都会调用拒绝策略

提交的任务是如何被执行的

ThreadPoolExecutor提交任务的核心方法只有一个，就是execute方法。其他的如submit、invoke方法都是在其父类AbstractExecutorService中使用模板方法模式实现的，归根结底还是调用了execute方法。

所以我们重点关注execute方法提交一个任务后都发生了什么？

java复制代码public void execute(Runnable command) {
  if (command == null)
    throw new NullPointerException();
  int c = ctl.get();
  if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { 
    if (addWorker(command, true))	// ① 核心池还没有满
      return;
    c = ctl.get();
  }
  if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { // ② 核心池满了，工作队列没满
    int recheck = ctl.get();
    if (! isRunning(recheck) && remove(command))
      reject(command); // 线程池不是RUNNING状态了，执行拒绝策略
    else if (workerCountOf(recheck) == 0)
      // 重新检查，核心池线程可能挂了，添加一个新的，
      // 但是不用设置firstTask（因为task已经添加到workQueue了）
      addWorker(null, false); 
  }
  else if (!addWorker(command, false)) // ③ 核心池和工作队列都满了
    reject(command); // 全都满了，或者线程池已经不是RUNNING状态了，执行拒绝策略
}

从上面的源码可以看出，提交一个任务后，主要有3个分支，接下来我们详细分析这3种情况都做了哪些事情。

1. 核心池还没有满

此时workerCount < corePoolSize，工作队列还是空的。

通过上面execute的源码①的位置，调用了addWorker方法，其源码如下所示。这个方法比较长，我添加了比较详细的注释，后面还有很多地方会遇到这个方法。

java复制代码private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
  retry:
  for (;;) {
    int c = ctl.get();
    int rs = runStateOf(c);
    // ① 线程池状态不是RUNNING的时候不能添加新的Worker线程
    /