线程池源码分析(一)

最近在阅读《阿里巴巴Java开发手册》的时候，书中有这么一段话：

线程池这块理解不是很深，今天就抽时间重新学习一遍。对于书中的问题分析完成后答案便一目了然。

创建线程池的一个方式：

ExecutorService e = Executors.newFixedThreadPool(5);

Executors 相当于一个工厂类，它应该是提供了一下几种类型的线程池：

1.newFixedThreadPool：创建固定大小的线程池，每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小，线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。

2.newWorkStealingPool：创建持有足够线程的线程池来支持给定的并行级别，并通过使用多个队列，减少竞争，它需要穿一个并行级别的参数，如果不传，则被设定为默认的CPU数量。

3.newSingleThreadExecutor：创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

4.newCachedThreadPool：创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。

5.newSingleThreadScheduledExecutor：创建一个单例线程池，定期或延时执行任务。

6.newScheduledThreadPool：创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。

以 FixedThreadPool 为例分析一下源码：

创建：

//Executors类中：
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
//注意阻塞队列为 new LinkedBlockingQueue<Runnable>()；↑

//ThreadPoolExecutor 构造函数：
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
         Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}

可以看出以 Executors.newFixedThreadPool(int nThreads) 这种方式创建出的线程池，阻塞队列为 LinkedBlockingQueue，线程工厂为默认工厂，拒绝策略为默认拒绝策略，等待销毁时间为0s。

LinkedBlockingQueue构造方法：

public LinkedBlockingQueue() {
    this(Integer.MAX_VALUE);
}

所以开篇的问题就迎刃而解，new LinkedBlockingQueue()，默认容量为 Integer.MAX_VALUE，也就是说，Executors.newFixedThreadPool() 这种方式创建出的线程池并没有指定阻塞队列的容量，这样是可以不断添加线程直到达到 Integer.MAX_VALUE，这就会造成内存问题。

创建好线程池后，接下来就是往里面添加任务了。而添加任务有两种方式：

1.execute();

2.submit();

submit() 可以获取该任务执行的Future。下文再说，我们先看 execute():

在这之前先看一下 ThreadPoolExecutor的属性：

//1.ctl就比较厉害了，记录了线程池的状态(高3位 & 运算) and 任务数目(低29位 & 运算)
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
//32-3 = 29
private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
//1是32位，左移29位得到：高3位为001 低29位为0的数；之后再减1得到：高三位为000，低29位全为1的数
private static final int COUNT_MASK = (1 << COUNT_BITS) - 1;

//下面几个状态都是：左移29位，用就是为了
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;
// ~COUNT_MASK取反，高3位都为1，低29位为0
private static int runStateOf(int c)     { return c & ~COUNT_MASK; }
private static int workerCountOf(int c)  { return c & COUNT_MASK; }
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

知道这些，再看源码就没什么难的了：

public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();

        //1.获取线程池的当前状态
        int c = ctl.get();

        //2.如果工作的线程小于核心线程数，执行addWorker()创建新的线程执行
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();//addWorker() 是个耗时操作需要重新获取线程池状态
        }
        //3.如果线程池是 Running 状态并且成功加入阻塞队列
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            int recheck = ctl.get();//重新获取 value
            //如果此时发现线程池已经不是 Running并且从 workQueue中成功移除此线程，执行拒绝策略
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                addWorker(null, false);
        }
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }
}

 private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
        retry:
        for (int c = ctl.get();;) { //自旋
            // Check if queue empty only if necessary.
            if (runStateAtLeast(c, SHUTDOWN)
                && (runStateAtLeast(c, STOP)
                    || firstTask != null
                    || workQueue.isEmpty()))
                return false;

            for (;;) {//再一个自旋
                //通过 core 判断：是否工作线程 >= corePoolSize 或 >= maximumPoolSize
                if (workerCountOf(c)
                    >= ((core ? corePoolSize : maximumPoolSize) & COUNT_MASK))
                    return false;
                //1.尝试 cas 增加
                if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                    break retry;
                c = ctl.get();  // Re-read ctl
                if (runStateAtLeast(c, SHUTDOWN))
                    continue retry;
                // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
            }
        }

        boolean workerStarted = false;
        boolean workerAdded = false;
        Worker w = null;
        try {
            w = new Worker(firstTask);
            final Thread t = w.thread;
            if (t != null) {
                final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
                mainLock.lock();
                try {
                    // Recheck while holding lock.
                    // Back out on ThreadFactory failure or if
                    // shut down before lock acquired.
                    int c = ctl.get();

                    if (isRunning(c) ||
                        (runStateLessThan(c, STOP) && firstTask == null)) {
                        if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
                            throw new IllegalThreadStateException();
                        workers.add(w);
                        int s = workers.size();
                        if (s > largestPoolSize)
                            largestPoolSize = s;
                        workerAdded = true;
                    }
                } finally {
                    mainLock.unlock();
                }
                if (workerAdded) {
                    t.start();
                    workerStarted = true;
                }
            }
        } finally {
            if (! workerStarted)
                addWorkerFailed(w);
        }
        return workerStarted;
    }

搞完这个源码，我可算是理解多态了.....

惯例沙雕图：