线程池技术之：ThreadPoolExecutor 源码解析

java中的所说的线程池，一般都是围绕着 ThreadPoolExecutor 来展开的。其他的实现基本都是基于它，或者模仿它的。所以只要理解 ThreadPoolExecutor, 就相当于完全理解了线程池的精髓。

其实要理解一个东西，一般地，我们最好是要抱着自己的疑问或者理解去的。否则，往往收获甚微。

理解 ThreadPoolExecutor, 我们可以先理解一个线程池的意义: 本质上是提供预先定义好的n个线程，供调用方直接运行任务的一个工具。

线程池解决的问题:

1. 提高任务执行的响应速度，降低资源消耗。任务执行时，直接立即使用线程池提供的线程运行，避免了临时创建线程的CPU/内存开销，达到快速响应的效果。

2. 提高线程的可管理性。线程总数可预知，避免用户主动创建无限多线程导致死机风险，还可以进行线程统一的分配、调优和监控。

3. 避免对资源的过度使用。在超出预期的请求任务情况，响应策略可控。

线程池提供的核心接口:

要想使用线程池，自然是要理解其接口的。一般我们使用 ExecotorService 进行线程池的调用。然而，我们并不针对初学者。

整体的接口如下:

我们就挑几个常用接口探讨下：

submit(Runnable task): 提交一个无需返回结果的任务。

submit(Callable task): 提交一个有返回结果的任务。

invokeAll(Collection

shutdown(): 关闭线程程池。

awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit): 等待关闭结果，最长不超过timeout时间。

以上是ThreadPoolExector 提供的特性，针对以上特性。

我们应该要有自己的几个实现思路或疑问:

1. 线程池如何接受任务？

2. 线程如何运行任务？

3. 线程池如何关闭？

接下来，就让我们带着疑问去看实现吧。

ThreadPoolExecutor 核心实现原理

1. 线程池的处理流程

我们首先重点要看的是，如何执行提交的任务。我可以通过下图来看看。

总结描述下就是:

1. 判断核心线程池是否已满，如果不是，则创建线程执行任务

2. 如果核心线程池满了，判断队列是否满了，如果队列没满，将任务放在队列中

3. 如果队列满了，则判断线程池是否已满，如果没满，创建线程执行任务

4. 如果线程池也满了，则按照拒绝策略对任务进行处理

另外，我们来看一下 ThreadPoolExecutor 的构造方法，因为这里会体现出每个属性的含义。

从构造方法可以看出 ThreadPoolExecutor 的主要参数 7 个，在其注释上也有说明功能，咱们翻译下每个参数的功能:

2. submit 流程详解

当调用 submit 方法，就是向线程池中提交一个任务，处理流程如步骤1所示。但是我们需要更深入理解。

submit 方法是定义在 AbstractExecutorService 中，最终调用 ThreadPoolExecutor 的 execute 方法，即是模板方法模式的应用。

通过上面这一小段代码，我们就已经完整地看到了。通过一个 ctl 变量进行全局状态控制，从而保证了线程安全性。整个框架并没有使用锁，但是却是线程安全的。

整段代码刚好完整描述了线程池的执行流程:

1. 判断核心线程池是否已满，如果不是，则创建线程执行任务;

2. 如果核心线程池满了，判断队列是否满了，如果队列没满，将任务放在队列中;

3. 如果队列满了，则判断线程池是否已满，如果没满，创建线程执行任务;

4. 如果线程池也满了，则按照拒绝策略对任务进行处理;

2.1. 添加新的worker

一个worker，即是一个工作线程。

2.2. 当添加队列成功后，发现线程池状态变更，需要进行移除队列操作

3. 添加失败进行执行拒绝策略

4. Worker 的工作机制

从上面的实现中，我们可以看到，主要是对 Worker 的添加和 workQueue 的添加，所以具体的工作是由谁完成呢？自然就是 Worker 了。

所以，Worker的作用就体现出来了,一个循环取任务执行任务过程：

1. 有一个主循环一直进行任务的获取;

2. 针对有超时的设置，会使用poll进行获取任务，如果超时，则 Worker 将会退出循环结束线程;

3. 无超时的设置，则会使用 take 进行阻塞式获取，直到有值;

4. 获取任务执行前置+业务+后置任务;

5. 当获取到null的任务之后，当前Worker将会结束；

6. 当前Worker结束后，将会判断是否有必要维护最低Worker数，从而决定是否再添加Worker进来。

还是借用一个网上同学比较通用的一个图来表述下 Worker/ThreadPoolExecutor 的工作流程吧（已经很完美，不需要再造这轮子了）

5. shutdown 操作实现

ThreadPoolExecutor 是通过 ctl 这个变量进行全局状态维护的，shutdown 在线程池中也是表现为一个状态，所以应该是比较简单的。

6. invokeAll 的实现方式

invokeAll, 望文生义，即是调用所有给定的任务。想来应该是一个个地添加任务到线程池队列吧。

实现很简单，都是些外围调用。

7. ThreadPoolExecutor 的状态值的设计

通过上面的过程，可以看到，整个ThreadPoolExecutor 非状态的依赖是非常强的。所以一个好的状态值的设计就显得很重要了，runState 代表线程池或者 Worker 的运行状态。如下：

8. awaitTermination 等待关闭完成

从上面的 shutdown, 可以看到，只是写了 SHUTDOWN 标识后，尝试尽可能地中断停止Worker线程，但并不保证中断成功。要想保证停止完成，需要有另外的机制来保证。从 awaitTermination 的语义来说，它是能保证任务停止完成的，那么它是如何保证的呢？

看起来, awaitTermination 并没有什么特殊操作，而是一直在等待。所以 TERMINATED 是 Worker 自行发生的动作。

那是在哪里做的操作呢？其实是在获取任务的时候，会检测当前状态是否是 SHUTDOWN, 如果是SHUTDOWN且 队列为空，则会触发获取任务的返回null.从而结束当前 Worker.

Worker 在结束前会调用 processWorkerExit() 方法，里面会再次调用 tryTerminate(), 当所有 Worker 都运行到这个点后， awaitTermination() 就会收到通知了。（注意: processWorkerExit() 会在每次运行后进行 addWorker() 尝试，但是在 SHUTDOWN 状态的添加操作总是失败的，所以不用考虑）

到此，你是否可以解答前面的几个问题了呢？