實(shí)際編程中，頻繁創(chuàng)建和銷毀線程開銷很大，所以一般使用線程的方式是線程池。

很方便的，java給我們提供了現(xiàn)成的線程池創(chuàng)建函數(shù)ThreadPoolExecutor，這個(gè)創(chuàng)建函數(shù)也成了不少公司面試必考題，當(dāng)然，要想徹底理清線程池執(zhí)行過程，需要剖析源碼，這里我們就來仔細(xì)分析分析。

首先是線程池創(chuàng)建函數(shù)。

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    if (corePoolSize < 0 ||
        maximumPoolSize <= 0 ||
        maximumPoolSize < corePoolSize ||
        keepAliveTime < 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
        throw new NullPointerException();
    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}

可以把線程池類比成一個(gè)小公司，公司有少量正式員工，執(zhí)行平時(shí)的一些工作量。如果工作量太大，正式員工忙不過來，會(huì)雇傭部分外包人員。
原則上，如果任務(wù)量突然變多，先把任務(wù)臨時(shí)緩存起來，等正式員工有空閑時(shí)，交由正式員工由處理(節(jié)約成本嘛)。如果緩存隊(duì)列滿了，這時(shí)候就要考慮找外包人員了。
公司總預(yù)算有限，所以正式員工數(shù)量是固定的，且雇傭的外包人員也有最大人數(shù)限制。
如果工作量變少，為了節(jié)約成本，就要釋放部分外包人員。
如果工作量實(shí)在太大了，正式員工、外包人員也達(dá)到最大預(yù)算人數(shù)，且所有人都在拼命完成工作任務(wù)，這時(shí)候，就要拒絕一部分任務(wù)了。

接下來這幾個(gè)參數(shù)就好理解了。

• corePoolSize: 核心線程數(shù)量，可以類比正式員工數(shù)量，常駐線程數(shù)量。
• maximumPoolSize: 最大的線程數(shù)量，公司最多雇傭員工數(shù)量(包含外包人員)。常駐+臨時(shí)線程數(shù)量。
• workQueue：任務(wù)等待隊(duì)列，所有的正式員工都在處理任務(wù)，再來任務(wù)就先放到隊(duì)列吧，隊(duì)列如果也滿了，那就要找外包了。
• keepAliveTime：非核心線程空閑時(shí)間，就是外包人員等了多久，如果還沒有活干，就被解雇了。
• threadFactory: 創(chuàng)建線程的工廠，在這個(gè)地方可以統(tǒng)一處理創(chuàng)建的線程的屬性。比如每個(gè)員工的名字，工號(hào)不一致，方便區(qū)分和安排任務(wù)。
• handler：線程池拒絕策，什么意思呢？就是當(dāng)任務(wù)實(shí)在是太多，人也不夠，需求池也排滿了，還有任務(wù)咋辦？默認(rèn)是不處理，拋出異常告訴任務(wù)提交者，我這忙不過來了。

我們使用線程池的時(shí)候，一般是直接調(diào)用execute，提交一個(gè)任務(wù)，對(duì)應(yīng)到線程池里是怎么處理的呢？

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.
     *
     * 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.
     *
     * 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.
     */
    int c = ctl.get();
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {  //關(guān)鍵步驟1
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {  //關(guān)鍵步驟2
        int recheck = ctl.get();
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    else if (!addWorker(command, false))  //關(guān)鍵步驟3
        reject(command);
}

首先得理解這個(gè)ctl是什么意思？

線程池里為了充分利用int型的每一位，使用一個(gè)AtomicInteger的ctl來記錄線程池中線程的數(shù)量及當(dāng)前線程池的狀態(tài)。低29bit位表示線程池中線程的數(shù)量，高3bit位用來記錄線程池的狀態(tài)是RUNNING，SHUTDOWN，STOP，TIDYING，TERMINATED中的一種。

添加任務(wù)步驟

• 獲取線程池中線程數(shù)量。

• 線程數(shù)量小于核心線程數(shù)嗎。

  • 小于核心線程數(shù)，添加一個(gè)核心線程，添加成功的話直接返回。
  • 如果添加核心線程失敗，因?yàn)槭嵌嗑€程同時(shí)執(zhí)行，再獲取一遍線程池中線程數(shù)量，繼續(xù)下一步。

• 線程數(shù)量大于等于核心線程數(shù)或上面添加核心線程失敗。

  • 線程池還在運(yùn)行且添加任務(wù)到任務(wù)隊(duì)列成功。
    • 重新檢查線程池是否還在運(yùn)行
      • 線程池不在運(yùn)行，且從任務(wù)隊(duì)列刪除任務(wù)成功，拒絕該任務(wù)。
      • 線程池在運(yùn)行，但線程池中沒有線程（核心線程數(shù)也可以設(shè)置成0），添加一個(gè)非核心線程。
    • 線程池不在運(yùn)行或添加任務(wù)到任務(wù)隊(duì)列失敗
      • 嘗試添加非核心線程去處理該任務(wù)。
      • 如果添加非核心線程失敗，拒絕該任務(wù)。

整個(gè)過程有點(diǎn)繞，可以對(duì)比圖形，再理解一遍。

在這里插入圖片描述

添加任務(wù)最關(guān)鍵的函數(shù)就是addWorker。

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
    retry:
    for (;;) {
        int c = ctl.get();
        int rs = runStateOf(c);

        // Check if queue empty only if necessary.
        if (rs >= SHUTDOWN &&
            ! (rs == SHUTDOWN &&
               firstTask == null &&
               ! workQueue.isEmpty()))
            return false;

        for (;;) {
            int wc = workerCountOf(c);
            if (wc >= CAPACITY ||
                wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                return false;
            if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                break retry;
            c = ctl.get();  // Re-read ctl
            if (runStateOf(c) != rs)
                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 rs = runStateOf(ctl.get());

                if (rs < SHUTDOWN ||
                    (rs == SHUTDOWN && 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;
}

要理解這個(gè)問題，首先要知道java里的標(biāo)簽是怎么用的，有點(diǎn)類似goto的意思，可以參考：https://blog.csdn.net/chanllenge/article/details/90266538

addWorker的核心思想是

• 添加線程時(shí)時(shí)，區(qū)分核心和非核心線程，并可指定該線程的第一個(gè)處理任務(wù)。
• 判斷線程池狀態(tài)及工作隊(duì)列，線程數(shù)量等參數(shù)的合法性。
• 通過CAS自旋方式，增加線程數(shù)量。
• 加悲觀鎖，并結(jié)合參數(shù)合法性，添加一個(gè)線程worker，到線程隊(duì)列workers。
• 線程添加成功且正常啟動(dòng)，返回true，其他情況，添加線程失敗，移除該線程，并線程數(shù)量減1，返回false。

線程池中，通過一個(gè)set來存儲(chǔ)所有的線程。

/**
 * Set containing all worker threads in pool. Accessed only when
 * holding mainLock.
 */
private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();

線程添加成功之后，該線程首先會(huì)執(zhí)行指定的第一個(gè)處理任務(wù)，然后從工作隊(duì)列的隊(duì)首依次取任務(wù)去執(zhí)行。

源代碼：

    /** Delegates main run loop to outer runWorker  */
    public void run() {
        runWorker(this);
    }

final void runWorker(Worker w) {
    Thread wt = Thread.currentThread();
    Runnable task = w.firstTask;
    w.firstTask = null;
    w.unlock(); // allow interrupts
    boolean completedAbruptly = true;
    try {
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {
            w.lock();
            // If pool is stopping, ensure thread is interrupted;
            // if not, ensure thread is not interrupted.  This
            // requires a recheck in second case to deal with
            // shutdownNow race while clearing interrupt
            if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                 (Thread.interrupted() &&
                  runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                !wt.isInterrupted())
                wt.interrupt();
            try {
                beforeExecute(wt, task);
                Throwable thrown = null;
                try {
                    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 {
                    afterExecute(task, thrown);
                }
            } finally {
                task = null;
                w.completedTasks++;
                w.unlock();
            }
        }
        completedAbruptly = false;
    } finally {
        processWorkerExit(w, completedAbruptly);
    }
}

看到這里，線程池的創(chuàng)建和執(zhí)行你理解了嗎？歡迎留言討論！