【五】线程池实现子类ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor为AbstractExecutorService的实现子类。该线程池以内部线程池的形式提供管理任务执行，线程调度，线程池管理等待。

实现过程流程图如下：

【问】为何要使用线程池？

【答】

在程序运行的过程中，线程的创建/销毁会伴随着系统资源的开销。而在一个多线程高并发的应用环境下，过于频繁创建和销毁会对系统的响应时间造成影响。而线程池可以指定最大和最小的线程容量，从而避免过多的线程对资源过度消耗。
线程池管理线程创建和销毁的整个生命周期。在线程池中提前创建好指定数量的线程，则我们可以从线程池中直接获取线程，线程用完后重写放回池中，使得线程池中的线程被重复利用。减少了由于创建/销毁线程应用程序所需等待的时间。
利用线程池可以对线程进行统一的管理，分配，优化和监控。

【构造方法】成员变量

corePoolSize:核心线程池大小
maxmaximumPoolSize：线程池最大容量
keepAliveTime：线程最大空闲时间
workQueue：线程存放队列
threadFactory：线程工厂
rejectedExecutionHandler：拒绝策略

【核心方法execute】

void execute(Runnable comman)
execute方法大体分为三步：

（1）当workCount小于corePoolSize时，增加线程

int c = ctl.get();
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
    if (addWorker(command, true))//增加线程
        return;
    c = ctl.get();
}

（2）如若workCount大于corePoolSize，则判断线程池是否处于RUNNING状态，且队列是否已满

if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();

     //再次判断线程池状态,防止状态突变
    if (! isRunning(recheck) && remove(command))//如若线程池状态不为RUNNING，移出刚才加入的task
        reject(command);//执行拒绝策略
    else if (workerCountOf(recheck) == 0)//如若当前worker数量变为0
        addWorker(null, false);//添加一个空线程，以免offer进的task没有线程执行。
}

（3）如若我们不能继续往队列中存入task，则直接新增worker,如若失败，执行拒绝策略

else if (!addWorker(command, false))
reject(command);

我们从上述代码中可以看出execute中关键的是addWorker方法。

【addWorker方法】

了解addWorker方法之前，先说明几个变量

ctl：AtomicInteger类型,包含两个field：前3位runState(线程池状态)+后29位workCount（线程池中的线程数量）
线程池五种状态：RUNNING（111）、SHUTDOWN（000）、STOP（001）、TIDYING（010）、TERMINATED（110）
RUNNING：线程池正在运行，可接受new task和执行队列中的任务
SHUTDOWN：不可接受new task，但是可继续执行队列中的task
STOP：即不能接受new task，也不能继续执行队列中的task
TIDYING：所有任务结束，工作技术为零。线程池进行一些清理
TERMINATED：terminated方法完成
状态转换：RUNNING--->SHUTDOWN：shutdown方法；RUNNING/SHUTDOWN---->shutdownNow方法； SHUTDOWN--->TIDYING：队列和pool均为空；STOP----->TIDYING：pool为空时；TIDYING--->TERMINATED：terminated方法完成
注：从shutdown到tidying的过程比较困难。由于在shutdown之后，原本queue中可能不能为空，故shutdown之后可能仍会有worker在执行。所以这里讲shutdown到tidying的状态转换用workCount变量判断。当workCount为零之后，变为TIDYING

接下来进入addWorker方法：

可以看出worker通过start方法启动线程。worker实则Runnable。

其构造方法为

Worker(Runnable firstTask) {
    setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
    this.firstTask = firstTask;
    this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}

可以看出其调用的是其自身的run方法，run方法调用runWorker

在runWorker方法中，首先会判断task是否为空，如若为空去队列中取task

Runnable r = timed ?
    workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
    workQueue.take();//take阻塞线程,直至取出一个为止
    if (r != null)
        return r;

取出线程后调用task的run方法，随后会置空task。

接下来看shutdown和shutdownNow方法。

在上部分LZ提到了线程池的五种状态。而这两个方法便是进行其中某两个状态的转变的方法。

【shutdown】：shutdown--->tidying，中断空闲线程。

【问】何为空闲线程？

【答】在shutdown的方法中调用的interruptIdelWorkers方法可以看出，

循环workers，当worker可以获取锁时，即为空闲线程。从这里看出，阻塞在runWorker方法的getTask方法中的线程即为空闲线程。

【shutdownNow】：shutdown--->stop

这个方法会将线程状态设为STOP，随后HashSet中的worker全部中断，将pool和queue置空。这个方法会返回尚未执行的线程。

【不可转变为TIDYING的情况】

状态为RUNNING的情况
SHUTDOWN，但是queue不为空
本身为TIDYING或者STOP

【五】线程池实现子类ThreadPoolExecutor

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