Java线程池ThreadPoolExecutor使用和分析(二) - execute()原理

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    execute()是 java.util.concurrent.Executor接口中唯一的方法，JDK注释中的描述是“在未来的某一时刻执行命令command”，即向线程池中提交任务，在未来某个时刻执行，提交的任务必须实现Runnable接口，该提交方式不能获取返回值。下面是对execute()方法内部原理的分析，分析前先简单介绍线程池有哪些状态，在一系列执行过程中涉及线程池状态相关的判断。以下分析基于JDK 1.7

 

    以下是本文的目录大纲：

    一、线程池执行流程

    二、线程池状态

    三、任务提交内部原理

        1、execute()  --  提交任务

        2、addWorker()  --  添加worker线程

        3、内部类Worker

        4、runWorker()  --  执行任务

        5、getTask()  --  获取任务

        6、processWorkerExit()  --  worker线程退出

 

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一、线程池的执行流程

1、如果线程池中的线程数量少于corePoolSize，就创建新的线程来执行新添加的任务
2、如果线程池中的线程数量大于等于corePoolSize，但队列workQueue未满，则将新添加的任务放到workQueue中
3、如果线程池中的线程数量大于等于corePoolSize，且队列workQueue已满，但线程池中的线程数量小于maximumPoolSize，则会创建新的线程来处理被添加的任务
4、如果线程池中的线程数量等于了maximumPoolSize，就用RejectedExecutionHandler来执行拒绝策略

二、线程池状态

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;
 
// runState is stored in the high-order bits
private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;
 
// Packing and unpacking ctl
private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }
private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

其中ctl这个AtomicInteger的功能很强大，其高3位用于维护线程池运行状态，低29位维护线程池中线程数量

1、RUNNING：-1<<COUNT_BITS，即高3位为1，低29位为0，该状态的线程池会接收新任务，也会处理在阻塞队列中等待处理的任务

2、SHUTDOWN：0<<COUNT_BITS，即高3位为0，低29位为0，该状态的线程池不会再接收新任务，但还会处理已经提交到阻塞队列中等待处理的任务

3、STOP：1<<COUNT_BITS，即高3位为001，低29位为0，该状态的线程池不会再接收新任务，不会处理在阻塞队列中等待的任务，而且还会中断正在运行的任务

4、TIDYING：2<<COUNT_BITS，即高3位为010，低29位为0，所有任务都被终止了，workerCount为0，为此状态时还将调用terminated()方法

5、TERMINATED：3<<COUNT_BITS，即高3位为100，低29位为0，terminated()方法调用完成后变成此状态

这些状态均由int型表示，大小关系为 RUNNING<SHUTDOWN<STOP<TIDYING<TERMINATED，这个顺序基本上也是遵循线程池从 运行 到 终止这个过程。

 

runStateOf(int c)  方法：c & 高3位为1，低29位为0的~CAPACITY，用于获取高3位保存的线程池状态

workerCountOf(int c)方法：c & 高3位为0，低29位为1的CAPACITY，用于获取低29位的线程数量

ctlOf(int rs, int wc)方法：参数rs表示runState，参数wc表示workerCount，即根据runState和workerCount打包合并成ctl

三、任务提交内部原理

1、execute()  --  提交任务

/**
 * Executes the given task sometime in the future.  The task
 * may execute in a new thread or in an existing pooled thread.
 * 在未来的某个时刻执行给定的任务。这个任务用一个新线程执行，或者用一个线程池中已经存在的线程执行
 *
 * If the task cannot be submitted for execution, either because this
 * executor has been shutdown or because its capacity has been reached,
 * the task is handled by the current {@code RejectedExecutionHandler}.
 * 如果任务无法被提交执行，要么是因为这个Executor已经被shutdown关闭，要么是已经达到其容量上限，任务会被当前的RejectedExecutionHandler处理
 *
 * @param command the task to execute
 * @throws RejectedExecutionException at discretion of
 *         {@code RejectedExecutionHandler}, if the task
 *         cannot be accepted for execution                 RejectedExecutionException是一个RuntimeException
 * @throws NullPointerException if {@code command} is null
 */
public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    
    /*
     * Proceed in 3 steps:
     *
     * 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to
     * start a new thread with the given command as its first
     * task.  The call to addWorker atomically checks runState and
     * workerCount, and so prevents false alarms that would add
     * threads when it shouldn't, by returning false.
     * 如果运行的线程少于corePoolSize，尝试开启一个新线程去运行command，command作为这个线程的第一个任务
     *
     * 2. If a task can be successfully queued, then we still need
     * to double-check whether we should have added a thread
     * (because existing ones died since last checking) or that
     * the pool shut down since entry into this method. So we
     * recheck state and if necessary roll back the enqueuing if
     * stopped, or start a new thread if there are none.
     * 如果任务成功放入队列，我们仍需要一个双重校验去确认是否应该新建一个线程（因为可能存在有些线程在我们上次检查后死了） 或者 从我们进入这个方法后，pool被关闭了
     * 所以我们需要再次检查state，如果线程池停止了需要回滚入队列，如果池中没有线程了，新开启 一个线程
     * 
     * 3. If we cannot queue task, then we try to add a new
     * thread.  If it fails, we know we are shut down or saturated
     * and so reject the task.
     * 如果无法将任务入队列（可能队列满了），需要新开区一个线程（自己：往maxPoolSize发展）
     * 如果失败了，说明线程池shutdown 或者 饱和了，所以我们拒绝任务
     */
    int c = ctl.get();
    
    /**
     * 1、如果当前线程数少于corePoolSize（可能是由于addWorker()操作已经包含对线程池状态的判断，如此处没加，而入workQueue前加了）
     */
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
    	//addWorker()成功，返回
        if (addWorker(command, true))
            return;
        
        /**
         * 没有成功addWorker()，再次获取c（凡是需要再次用ctl做判断时，都会再次调用ctl.get()）
         * 失败的原因可能是：
         * 1、线程池已经shutdown，shutdown的线程池不再接收新任务
         * 2、workerCountOf(c) < corePoolSize 判断后，由于并发，别的线程先创建了worker线程，导致workerCount>=corePoolSize
         */
        c = ctl.get();
    }
    
    /**
     * 2、如果线程池RUNNING状态，且入队列成功
     */
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();//再次校验位
        
        /**
         * 再次校验放入workerQueue中的任务是否能被执行
         * 1、如果线程池不是运行状态了，应该拒绝添加新任务，从workQueue中删除任务
         * 2、如果线程池是运行状态，或者从workQueue中删除任务失败（刚好有一个线程执行完毕，并消耗了这个任务），确保还有线程执行任务（只要有一个就够了）
         */
        //如果再次校验过程中，线程池不是RUNNING状态，并且remove(command)--workQueue.remove()成功，拒绝当前command
        if (! isRunning(recheck) && remove(comman