优雅地理解线程池源码

线程池源码

网上的一些博客对线程池的讲解都是逐行解读源码，看起来可能会比较费力，本文从功能角度出发，以整个流程为切入点，省去一些没必要的源码，带你逐层抽丝剥茧，理解线程池设计的精髓所在。

前置知识

几个常量和变量

// ctl是一个int类型的组合变量(32个bit)，低29位表示线程池里的线程数，高3位表示线程池的状态
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));

// 所有在线程池中的线程都会被放到HashSet进行保存
private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();

// 阻塞队列
private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;

内部类

Worker简而言之就是对工作线程进一步的封装，不管你是核心线程还是非核心

private final class Worker{
  // 指向当前线程
  final Thread thread;
  // 第一个任务，这里提示线程池是懒初始化，后面具体再谈
  Runnable firstTask;
}

线程池的执行过程

通过execute函数我们宏观把握一下整个流程，然后抽丝剥茧逐层递进。这里需要单独说一下addWorker函数，他是用于创建新线程的，他的第二个参数传入一个boolean值，用于区分是核心线程和非核心线程的，后面再深入研究。

下面就是整个流程，没框起来的不用关注

这里还需要提一嘴的是，addWorker就是创建新线程，也就是说我们的线程池是懒初始化的，一开始线程池并没有任何线程，直到有需求过来了才开始逐步创建线程

线程如何在线程池中流转

上面提到，当外界调用线程池的excute函数执行我们的任务时，会通过addWorker函数新建一个线程去执行，那么该线程执行完这个任务之后又何去何从呢？下面进行分析。

其实当我们调用addWorker之后，会执行runWorker函数

因此，我们可以知道，我们的线程在线程池中的一个流转过程大概是这样的：首先线程池的设计是一个懒初始化，当我们提交任务的时候执行任务的线程才会被创建出来，当他执行完这第一个任务之后，他就不断地使用getTask函数尝试去阻塞队列里面拿任务进行执行，如果阻塞队列里面没有任务了，那么这个线程会被阻塞挂起，直到阻塞队列有任务了，会唤醒该线程继续去拿任务执行。而线程的退出我会在下文进行讲解。

非核心线程在空闲一段时间后如何回收

我们知道，当阻塞队列满了，而线程数又没有超过最大线程数的时候，新来的任务会开启新的线程来执行，这些线程称之为非核心线程。而当阻塞队列为空，也就是没有新的任务可以执行，而非核心线程闲置一段时间后，是要被回收的，那么这个回收是如何进行的呢？下面对getTask函数进行详细解读，这里是线程池的一个精髓所在

跟着图中的1，2，3，4的顺序看，这样看起来更容易理解

那么总结一下，关键点在于，getTask是如何从队列中取任务的，当线程数小于等于核心线程数，使用的是阻塞队列的take方法，有任务就取任务，没任务就阻塞。当线程数大于核心线程数，表明有非核心线程参与工作，使用的是阻塞队列的poll方法，传入一个时间参数，有任务直接取任务，没任务的时候不会像take那样一直阻塞等待，而是等keepAliveTime时间后如果还等不到就返回null。而我们知道，如果说getTask返回null，runWorker就不会一直while循环，而是直接退出了，这也就是非核心线程被回收的原理！

如何优雅地关闭线程池——shutdown和shutdownNow

了解关闭线程池之前先了解一下如何关闭一个线程

如何优雅地关闭一个线程

java提供了stop和destroy函数可以强制杀死线程，但是官方是不建议使用了，为什么呢？因为强制杀死线程的话，可能会导致一些资源，比如文件描述符、网络连接等没有正常关闭，浪费系统资源。所以优雅地关闭线程应该是，让线程执行完后自动关闭。

大概可以有两种方式来实现：

1.设置中断标志位

class MyThread extends Thread{
  private boolean stopped = false;
  
  @Override
  public void run(){
    while(!stopped){
      ...
    }
  }
}

我们可以通过外界线程来设置stopped标志来让该线程退出，从而结束。那么这样做有一个坏处，当while循环中有阻塞方法，比如wait，那么该线程可能会永远关闭不了。因此，引入第二种方法interrupt

2.interrupt函数

class MyThread extends Thread{
  private boolean stopped = false;
  
  @Override
  public void run(){
    while(!Thread.currentThread().isInterrupted()){
      ...
    }
  }
}

然后外界调用该线程interrupt方法就可以结束该程序，与第一个方法不同的是，他可以响应InterruptedException，下面几个函数就是这样：

public static native void sleep() throws InterruptedException;
public final void wait() throws InterruptedException;
public final void join() throws InterruptedException;

线程池状态变化

官方给出的五种线程池状态如下：

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;

RUNNING标记为-1，其余都是为正数，从左到右越来越大，不可逆。其中主要是shutdown和shutdownNow两个的区别，这里着重分析一下：

看下面的对比，其实就两处不同，先设置不同的线程状态，然后分别执行各自的中断函数

因此，这里着重分析一下interruptIdleWorkers()和interruptWorkers()

interruptIdleWorkers()

shutdown只是关闭掉那些空闲的线程，阻塞队列里面的任务还是要执行的

interruptWorkers()

shutdownNow()是直接关掉所有线程，管你是不是空闲的，所以代码就直接全部interrupt掉

private void interruptWorkers() {
  final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
  mainLock.lock();
  try {
    for (Worker w : workers)
      w.interruptIfStarted();
  } finally {
    mainLock.unlock();
  }
}

从SHUTDOWN或者STOP状态过度到TIDYING状态

上面的shutdown和shutdownNow函数最后都会执行tryTerminate()方法，这里就不贴代码了，直接口述一下：tryTerminate()不会直接关闭线程池，而是判断一下，当工作线程数为0，工作队列为空的时候，就把线程池的状态从SHUTDOWN或者STOP状态变为TIDYING状态，那么TIDYING状态其实就是我们可能需要执行一些钩子函数，比如在线程池关闭之前我们想关闭一些资源。这是他和TERMINATED状态的唯一区别

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