并发编程（十一）—— Java 线程池实现原理与源码深度解析（一）

史上最清晰的线程池源码分析

鼎鼎大名的线程池。不需要多说!!!!!

这篇博客深入分析 Java 中线程池的实现。

总览

下图是 java 线程池几个相关类的继承结构：

先简单说说这个继承结构，Executor 位于最顶层，也是最简单的，就一个 execute(Runnable runnable) 接口方法定义。

ExecutorService 也是接口，在 Executor 接口的基础上添加了很多的接口方法，所以一般来说我们会使用这个接口。

然后再下来一层是 AbstractExecutorService，从名字我们就知道，这是抽象类，这里实现了非常有用的一些方法供子类直接使用，之后我们再细说。

然后才到我们的重点部分 ThreadPoolExecutor 类，这个类提供了关于线程池所需的非常丰富的功能。

线程池中的 BlockingQueue 也是非常重要的概念，如果线程数达到 corePoolSize，我们的每个任务会提交到等待队列中，等待线程池中的线程来取任务并执行。这里的 BlockingQueue 通常我们使用其实现类 LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue 和 SynchronousQueue，每个实现类都有不同的特征，使用场景之后会慢慢分析。想要详细了解各个 BlockingQueue 的读者，可以参考我的前面的一篇对 BlockingQueue 的各个实现类进行详细分析的文章。

使用示例

 1 package main.java.Juc;
 2 
 3 import java.util.concurrent.ExecutorService;
 4 import java.util.concurrent.Executors;
 5 
 6 class MyRunnable implements Runnable {
 7     @Override
 8     public void run() {
 9         for (int x = 0; x < 100; x++) {
10             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + x);
11         }
12     }
13 }
14 
15 public class TestThreadPool {
16     public static void main(String[] args) {
17         // 创建一个线程池对象，控制要创建几个线程对象。
18         ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
19 
20         // 可以执行Runnable对象或者Callable对象代表的线程
21         pool.execute(new MyRunnable());
22         pool.execute(new MyRunnable());
23 
24         //结束线程池
25         pool.shutdown();
26     }
27 }

运行结果：

Executor 接口

1 public interface Executor {
2     void execute(Runnable command);
3 }

我们可以看到 Executor 接口非常简单，就一个 void execute(Runnable command) 方法，代表提交一个任务。

当然了，Executor 这个接口只有提交任务的功能，太简单了，我们想要更丰富的功能，比如我们想知道执行结果、我们想知道当前线程池有多少个线程活着、已经完成了多少任务等等，这些都是这个接口的不足的地方。接下来我们要介绍的是继承自 Executor 接口的 ExecutorService 接口，这个接口提供了比较丰富的功能，也是我们最常使用到的接口。

ExecutorService

那么我们简单初略地来看一下这个接口中都有哪些方法：

 1 public interface ExecutorService extends Executor {
 2 
 3     // 关闭线程池，已提交的任务继续执行，不接受继续提交新任务
 4     void shutdown();
 5 
 6     // 关闭线程池，尝试停止正在执行的所有任务，不接受继续提交新任务
 7     // 它和前面的方法相比，加了一个单词“now”，区别在于它会去停止当前正在进行的任务
 8     List<Runnable> shutdownNow();
 9 
10     // 线程池是否已关闭
11     boolean isShutdown();
12 
13     // 如果调用了 shutdown() 或 shutdownNow() 方法后，所有任务结束了，那么返回true
14     // 这个方法必须在调用shutdown或shutdownNow方法之后调用才会返回true
15     boolean isTerminated();
16 
17     // 等待所有任务完成，并设置超时时间
18     // 我们这么理解，实际应用中是，先调用 shutdown 或 shutdownNow，
19     // 然后再调这个方法等待所有的线程真正地完成，返回值意味着有没有超时
20     boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
21             throws InterruptedException;
22 
23     // 提交一个 Callable 任务
24     <T> Future<T> submit(Callable<T> task);
25 
26     // 提交一个 Runnable 任务，第二个参数将会放到 Future 中，作为返回值，
27     // 因为 Runnable 的 run 方法本身并不返回任何东西
28     <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
29 
30     // 提交一个 Runnable 任务
31     Future<?> submit(Runnable task);
32     
33     ......
34 }

这些方法都很好理解，一个简单的线程池主要就是这些功能，能提交任务，能获取结果，能关闭线程池，这也是为什么我们经常用这个接口的原因。

AbstractExecutorService

AbstractExecutorService 抽象类派生自 ExecutorService 接口，然后在其基础上实现了几个实用的方法，这些方法提供给子类进行调用。

这个抽象类实现了 ExecutorService 中的 submit 方法，newTaskFor 方法用于将任务包装成 FutureTask。定义于最上层接口 Executor中的 void execute(Runnable command) 由于不需要获取结果，不会进行 FutureTask 的包装。

 1 public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService {
 2 
 3     // RunnableFuture 是用于获取执行结果的，我们常用它的子类 FutureTask
 4     // 下面两个 newTaskFor 方法用于将我们的任务包装成 FutureTask 提交到线程池中执行
 5     protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) {
 6         return new FutureTask<T>(runnable, value);
 7     }
 8 
 9     protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {
10         return new FutureTask<T>(callable);
11     }
12 
13     // 提交任务
14     public Future<?> submit(Runnable task) {
15         if (task == null) throw new NullPointerException();
16         // 1. 将任务包装成 FutureTask
17         RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
18         // 2. 交给执行器执行，execute 方法由具体的子类来实现
19         // 前面也说了，FutureTask 间接实现了Runnable 接口。
20         execute(ftask);
21         return ftask;
22     }
23 
24     public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {
25         if (task == null) throw new NullPointerException();
26         // 1. 将任务包装成 FutureTask
27         RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task, result);
28         // 2. 交给执行器执行
29         execute(ftask);
30         return ftask;
31     }
32 
33     public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
34         if (task == null) throw new NullPointerException();
35         // 1. 将任务包装成 FutureTask
36         RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
37         // 2. 交给执行器执行
38         execute(ftask);
39         return ftask;
40     }
41 }

到这里，我们发现，这个抽象类包装了一些基本的方法，可是 submit等方法，它们都没有真正开启线程来执行任务，它们都只是在方法内部调用了 execute 方法，所以最重要的 execute(Runnable runnable) 方法还没出现，这里我们要说的就是 ThreadPoolExecutor 类了。

ThreadPoolExecutor

我们经常会使用 Executors 这个工具类来快速构造一个线程池，对于初学者而言，这种工具类是很有用的，开发者不需要关注太多的细节，只要知道自己需要一个线程池，仅仅提供必需的参数就可以了，其他参数都采用作者提供的默认值。

 1 public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
 2     return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
 3                                   0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
 4                                   new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
 5 }
 6 public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
 7     return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
 8                                   60L, TimeUnit.SECONDS,
 9                                   new SynchronousQueue<Runnable>());
10 }

这里先不说有什么区别，它们最终都会导向这个构造方法：

 1 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
 2                           int maximumPoolSize,
 3                           long keepAliveTime,
 4                           TimeUnit unit,
 5                           BlockingQueue<Runnable> workQueue,
 6                           ThreadFactory threadFactory,
 7                           RejectedExecutionHandler handler) {
 8     if (corePoolSize < 0 ||
 9         maximumPoolSize <= 0 ||
10         maximumPoolSize < corePoolSize ||
11         keepAliveTime < 0)
12         throw new IllegalArgumentException();
13     // 这几个参数都是必须要有的
14     if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
15         throw new NullPointerException();
16 
17     this.corePoolSize = corePoolSize;
18     this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
19     this.workQueue = workQueue;
20     this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
21     this.threadFactory = threadFactory;
22     this.handler = handler;
23 }

上面的构造方法中列出了我们最需要关心的几个属性了，下面逐个介绍下构造方法中出现的这几个属性：

corePoolSize

　　　　线程池中的核心线程数。

maximumPoolSize

　　　　最大线程数，线程池允许创建的最大线程数。如果当前阻塞队列满了，且继续提交任务，则创建新的线程执行任务，前提是当前线程数小于maximumPoolSize；当阻塞队列是无界队列, 则maximumPoolSize则不起作用, 因为无法提交至核心线程池的线程会一直持续地放入workQueue

workQueue

　　　　用来保存等待被执行的任务的阻塞队列. 在JDK中提供了如下阻塞队列：

　　　　(1) ArrayBlockingQueue：基于数组结构的有界阻塞队列，按FIFO排序任务；
　　　　(2) LinkedBlockingQuene：基于链表结构的阻塞队列，按FIFO排序任务，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQuene；
　　　　(3) SynchronousQuene：一个不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQuene；
　　　　(4) priorityBlockingQuene：具有优先级的无界阻塞队列；

　　　　有兴趣的可以看看我前面关于BlockingQuene的文章

keepAliveTime

　　　　空闲线程的保活时间，如果某线程的空闲时间超过这个值都没有任务给它做，那么可以被关闭了。注意这个值并不会对所有线程起作用，如果线程池中的线程数少于等于核心线程数 corePoolSize，那么这些线程不会因为空闲太长时间而被关闭，当然，也可以通过调用 allowCoreThreadTimeOut(true)使核心线程数内的线程也可以被回收；默认情况下，该参数只在线程数大于corePoolSize时才有用, 超过这个时间的空闲线程将被终止。

unit

　　　　keepAliveTime的单位

threadFactory

　　　　用于生成线程，一般我们可以用默认的就可以了。通常，我们可以通过它将我们的线程的名字设置得比较可读一些，如 Message-Thread-1， Message-Thread-2 类似这样。

handler

　　　　线程池的饱和策略，当阻塞队列满了，且没有空闲的工作线程，如果继续提交任务，必须采取一种策略处理该任务，线程池提供了4种策略：

　　　　　　AbortPolicy：直接抛出异常，默认策略；
　　　　　　CallerRunsPolicy：用调用者所在的线程来执行任务；
　　　　　　DiscardOldestPolicy：丢弃阻塞队列中靠最前的任务，并执行当前任务；
　　　　　　DiscardPolicy：直接丢弃任务；
　　　　当然也可以根据应用场景实现RejectedExecutionHandler接口，自定义饱和策略，如记录日志或持久化存储不能处理的任务。

除了上面几个属性外，我们再看看其他重要的属性。

 1 private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
 2 
 3 // 这里 COUNT_BITS 设置为 29(32-3)，意味着前三位用于存放线程状态，后29位用于存放线程数
 4 private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
 5 
 6 // 000 11111111111111111111111111111
 7 // 这里得到的是 29 个 1，也就是说线程池的最大线程数是 2^29-1=536870911
 8 // 以我们现在计算机的实际情况，这个数量还是够用的
 9 private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;
10 
11 // 我们说了，线程池的状态存放在高 3 位中
12 // 运算结果为 111跟29个0：111 00000000000000000000000000000
13 private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
14 // 000 00000000000000000000000000000
15 private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
16 // 001 00000000000000000000000000000
17 private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
18 // 010 00000000000000000000000000000
19 private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
20 // 011 00000000000000000000000000000
21 private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;
22 
23 // 将整数 c 的低 29 位修改为 0，就得到了线程池的状态
24 private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }
25 // 将整数 c 的高 3 为修改为 0，就得到了线程池中的线程数
26 private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }
27 
28 private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }
29 
30 private static boolean runStateLessThan(int c, int s) {
31     return c < s;
32 }
33 
34 private static boolean runStateAtLeast(int c, int s) {
35     return c >= s;
36 }
37 
38 private static boolean isRunning(int c) {
39     return c < SHUTDOWN;
40 }

在这里，介绍下线程池中的各个状态和状态变化的转换过程：

RUNNING：这个没什么好说的，这是最正常的状态：接受新的任务，处理等待队列中的任务
SHUTDOWN：不接受新的任务提交，但是会继续处理等待队列中的任务
STOP：不接受新的任务提交，不再处理等待队列中的任务，中断正在执行任务的线程
TIDYING：所有的任务都销毁了，workCount 为 0。线程池的状态在转换为 TIDYING 状态时，会执行钩子方法 terminated()
TERMINATED：terminated() 方法结束后，线程池的状态就会变成这个

看了这几种状态的介绍，读者大体也可以猜到十之八九的状态转换了，各个状态的转换过程有以下几种：

RUNNING -> SHUTDOWN：当调用了 shutdown() 后，会发生这个状态转换，这也是最重要的
(RUNNING or SHUTDOWN) -> STOP：当调用 shutdownNow() 后，会发生这个状态转换，这下要清楚 shutDown() 和 shutDownNow() 的区别了
SHUTDOWN -> TIDYING：当任务队列和线程池都清空后，会由 SHUTDOWN 转换为 TIDYING
STOP -> TIDYING：当任务队列清空后，发生这个转换
TIDYING -> TERMINATED：这个前面说了，当 terminated() 方法结束后

另外，我们还要看看一个内部类 Worker，因为 Doug Lea 把线程池中的线程包装成了一个个 Worker，翻译成工人，就是线程池中做任务的线程。所以到这里，我们知道任务是 Runnable（内部叫 task 或 command），线程是 Worker。

 1 private final class Worker
 2     extends AbstractQueuedSynchronizer
 3     implements Runnable{
 4     private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L;
 5 
 6     // 这个是真正的线程，任务靠你啦
 7     final Thread thread;
 8 
 9     // 前面说了，这里的 Runnable 是任务。为什么叫 firstTask？因为在创建线程的时候，如果同时指定了
10     // 这个线程起来以后需要执行的第一个任务，那么第一个任务就是存放在这里的(线程可不止执行这一个任务)
11     // 当然了，也可以为 null，这样线程起来了，自己到任务队列（BlockingQueue）中取任务（getTask 方法）就行了
12     Runnable firstTask;
13 
14     // 用于存放此线程完全的任务数，注意了，这里用了 volatile，保证可见性
15     volatile long completedTasks;
16 
17     // Worker 只有这一个构造方法，传入 firstTask，也可以传 null
18     Worker(Runnable firstTask) {
19         setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
20         this.firstTask = firstTask;
21         // 调用 ThreadFactory 来创建一个新的线程,这里创建的线程到时候用来执行任务
22         this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
23     }
24 
25     // 这里调用了外部类的 runWorker 方法
26     public void run() {
27         runWorker(this);
28     }
29 
30     ...
31 }

有了上面的这些基础后，我们终于可以看看 ThreadPoolExecutor 的 execute 方法了，前面源码分析的时候也说了，各种方法都最终依赖于 execute 方法：

 1 public void execute(Runnable command) {
 2     if (command == null)
 3         throw new NullPointerException();
 4 
 5     // 前面说的那个表示 "线程池状态" 和 "线程数" 的整数
 6     int c = ctl.get();
 7 
 8     // 如果当前线程数少于核心线程数，那么直接添加一个 worker 来执行任务，
 9     // 创建一个新的线程，并把当前任务 command 作为这个线程的第一个任务(firstTask)
10     if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
11         // 添加任务成功，那么就结束了。提交任务嘛，线程池已经接受了这个任务，这个方法也就可以返回了
12         // 至于执行的结果，到时候会包装到 FutureTask 中。
13         // 这里的true代表当前线程数小于corePoolSize，表示以corePoolSize为线程数界限
14         if (addWorker(command, true))
15             return;
16         c = ctl.get();
17     }
18     // 到这里说明，要么当前线程数大于等于核心线程数，要么刚刚 addWorker 失败了
19     // 如果线程池处于 RUNNING 状态，把这个任务添加到任务队列 workQueue 中
20     if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
21         int recheck = ctl.get();
22         // 如果线程池已不处于 RUNNING 状态，那么移除已经入队的这个任务，并且执行拒绝策略
23         if (! isRunning(recheck) && remove(command))
24             reject(command);
25         else if (workerCountOf(recheck) == 0)
26             addWorker(null, false);
27     }
28     // 如果 workQueue 队列满了，那么进入到这个分支
29     // 这里的false代表当前线程数大于corePoolSize，表示以 maximumPoolSize 为界创建新的 worker
30     // 如果失败，说明当前线程数已经达到 maximumPoolSize，执行拒绝策略
31     else if (!addWorker(command, false))
32         reject(command);
33 }

我们可以看看大体的执行流程

这个方法非常重要 addWorker(Runnable firstTask, boolean core) 方法，我们看看它是怎么创建新的线程的：

 1 // 第一个参数是准备提交给这个线程执行的任务，之前说了，可以为 null
 2 // 第二个参数为 true 代表使用核心线程数 corePoolSize 作为创建线程的界线，也就说创建这个线程的时候，
 3 //         如果线程池中的线程总数已经达到 corePoolSize，那么返回false
 4 //         如果是 false，代表使用最大线程数 maximumPoolSize 作为界线，线程池中的线程总数已经达到 maximumPoolSize，那么返回false
 5 private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
 6     retry:
 7     for (;;) {
 8         int c = ctl.get();
 9         int rs = runStateOf(c);
10 
11         // 如果线程池已关闭，并满足以下条件之一，那么不创建新的 worker：
12         // 1. 线程池状态大于 SHUTDOWN，其实也就是 STOP, TIDYING, 或 TERMINATED
13         // 2. firstTask != null
14         // 3. workQueue.isEmpty()
15         if (rs >= SHUTDOWN &&
16             ! (rs == SHUTDOWN &&
17                firstTask == null &&
18                ! workQueue.isEmpty()))
19             return false;
20 
21         for (;;) {
22             int wc = workerCountOf(c);
23             //这里就是通过core参数对当前线程数的判断
24             if (wc >= CAPACITY ||
25                 wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
26                 return false;
27             if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
28                 break retry;
29             c = ctl.get();
30             if (runStateOf(c) != rs)
31                 continue retry;
32             // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
33         }
34     }
35 
36     /* 
37      * 到这里，我们认为在当前这个时刻，可以开始创建线程来执行任务了，
38      */
39 
40     // worker 是否已经启动
41     boolean workerStarted = false;
42     // 是否已将这个 worker 添加到 workers 这个 HashSet 中
43     boolean workerAdded = false;
44     Worker w = null;
45     try {
46         final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
47         // 把 firstTask 传给 worker 的构造方法
48         w = new Worker(firstTask);
49         // 取 worker 中的线程对象，之前说了，Worker的构造方法会调用 ThreadFactory 来创建一个新的线程
50         final Thread t = w.thread;
51         if (t != null) {
52             // 这个是整个类的全局锁，因为关闭一个线程池需要这个锁，至少我持有锁的期间，线程池不会被关闭
53             mainLock.lock();
54             try {
55 
56                 int c = ctl.get();
57                 int rs = runStateOf(c);
58 
59                 // 小于 SHUTTDOWN 那就是 RUNNING
60                 // 如果等于 SHUTDOWN，前面说了，不接受新的任务，但是会继续执行等待队列中的任务
61                 if (rs < SHUTDOWN ||
62                     (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
63                     // worker 里面的 thread 可不能是已经启动的
64                     if (t.isAlive())
65                         throw new IllegalThreadStateException();
66                     // 加到 workers 这个 HashSet 中
67                     workers.add(w);
68                     int s = workers.size();
69                     // largestPoolSize 用于记录 workers 中的个数的最大值
70                     // 因为 workers 是不断增加减少的，通过这个值可以知道线程池的大小曾经达到的最大值
71                     if (s > largestPoolSize)
72                         largestPoolSize = s;
73                     workerAdded = true;
74                 }
75             } finally {
76                 mainLock.unlock();
77             }
78             // 添加成功的话，启动这个线程
79             if (workerAdded) {
80                 // 启动线程，最重要的就是这里，下面我们会讲解如何执行任务
81                 t.start();
82                 workerStarted = true;
83             }
84         }
85     } finally {
86         // 如果线程没有启动，需要做一些清理工作，如前面 workCount 加了 1，将其减掉
87         if (! workerStarted)
88             addWorkerFailed(w);
89     }
90     // 返回线程是否启动成功
91     return workerStarted;
92 }

上面第81行代码处已经启动了线程，w = new Worker(firstTask); t = w.thread，我们接着看看Worker这个类

 1 private final class Worker
 2     extends AbstractQueuedSynchronizer
 3     implements Runnable{
 4     private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L;
 5     final Thread thread;
 6     Runnable firstTask;
 7     volatile long completedTasks;
 8 
 9     // Worker 只有这一个构造方法，传入 firstTask
10     Worker(Runnable firstTask) {
11         setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
12         this.firstTask = firstTask;
13         // 调用 ThreadFactory 来创建一个新的线程,这里创建的线程到时候用来执行任务
14         // 我们发现创建线程的时候传入的值是this，我们知道创建线程可以通过继承Runnable的方法，
15         // Worker继承了Runnable，并且下面重写了run()方法
16         this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
17     }
18 
19     // 由上面创建线程时传入的this,上面的thread启动后，会执行这里的run()方法，并且此时runWorker传入的也是this
20     public void run() {
21         runWorker(this);
22     }
23 }

继续往下看 runWorker 方法：

 1 // 此方法由 worker 线程启动后调用，这里用一个 while 循环来不断地从等待队列中获取任务并执行
 2 // 前面说了，worker 在初始化的时候，可以指定 firstTask，那么第一个任务也就可以不需要从队列中获取
 3 final void runWorker(Worker w) {
 4     Thread wt = Thread.currentThread();
 5     // 该线程的第一个任务(如果有的话)
 6     Runnable task = w.firstTask;
 7     w.firstTask = null;
 8     w.unlock(); // allow interrupts
 9     boolean completedAbruptly = true;
10     try {
11         // 循环调用 getTask 获取任务
12         while (task != null || (task = getTask()) != null) {
13             w.lock();          
14             // 如果线程池状态大于等于 STOP，那么意味着该线程也要中断
15             if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
16                  (Thread.interrupted() &&
17                   runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
18                 !wt.isInterrupted())
19                 wt.interrupt();
20             try {
21                 beforeExecute(wt, task);
22                 Throwable thrown = null;
23                 try {
24                     // 到这里终于可以执行任务了，这里是最重要的，task是什么？是Worker 中的firstTask属性
25                     // 也就是上面我们使用示例里面的 new MyRunnable()实例，这里就是真正的执行run方法里面的代码
26                     task.run();
27                 } catch (RuntimeException x) {
28                     thrown = x; throw x;
29                 } catch (Error x) {
30                     thrown = x; throw x;
31                 } catch (Throwable x) {
32                     thrown = x; throw new Error(x);
33                 } finally {
34                     afterExecute(task, thrown);
35                 }
36             } finally {
37                 // 一个任务执行完了，这个线程还可以复用，接着去队列中拉取任务执行
38                 // 置空 task，准备 getTask 获取下一个任务
39                 task = null;
40                 // 累加完成的任务数
41                 w.completedTasks++;
42                 // 释放掉 worker 的独占锁
43                 w.unlock();
44             }
45         }
46         completedAbruptly = false;
47     } finally {
48         // 如果到这里，需要执行线程关闭：
49         // 说明 getTask 返回 null，也就是超过corePoolSize的线程过了超时时间还没有获取到任务，也就是说，这个 worker 的使命结束了，执行关闭
50         processWorkerExit(w, completedAbruptly);
51     }
52 }

我们看看 getTask() 是怎么获取任务的

 1 // 此方法有三种可能：
 2 // 1. 阻塞直到获取到任务返回。我们知道，默认 corePoolSize 之内的线程是不会被回收的，
 3 //      它们会一直等待任务
 4 // 2. 超时退出。keepAliveTime 起作用的时候，也就是如果这么多时间内都没有任务，那么应该执行关闭
 5 // 3. 如果发生了以下条件，此方法必须返回 null:
 6 //    - 池中有大于 maximumPoolSize 个 workers 存在(通过调用 setMaximumPoolSize 进行设置)
 7 //    - 线程池处于 SHUTDOWN，而且 workQueue 是空的，前面说了，这种不再接受新的任务
 8 //    - 线程池处于 STOP，不仅不接受新的线程，连 workQueue 中的线程也不再执行
 9 private Runnable getTask() {
10     boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?
11 
12     retry:
13     for (;;) {
14         int c = ctl.get();
15         int rs = runStateOf(c);
16         // 两种可能
17         // 1. rs == SHUTDOWN && workQueue.isEmpty()
18         // 2. rs >= STOP
19         if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
20             // CAS 操作，减少工作线程数
21             decrementWorkerCount();
22             return null;
23         }
24 
25         boolean timed;      // Are workers subject to culling?
26         for (;;) {
27             int wc = workerCountOf(c);
28             // 允许核心线程数内的线程回收，或当前线程数超过了核心线程数，那么有可能发生超时关闭
29             timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
30             if (wc <= maximumPoolSize && ! (timedOut && timed))
31                 break;
32             if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
33                 return null;
34             c = ctl.get();  // Re-read ctl
35             // compareAndDecrementWorkerCount(c) 失败，线程池中的线程数发生了改变
36             if (runStateOf(c) != rs)
37                 continue retry;
38             // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
39         }
40         // wc <= maximumPoolSize 同时没有超时
41         try {
42             // 到 workQueue 中获取任务
43             // 如果timed=wc > corePoolSize=false,我们知道核心线程数之内的线程永远不会销毁，则执行workQueue.take();我前面文章中讲过，take()方法是阻塞方法，如果队里中有任务则取到任务，如果没有任务，则一直阻塞在这里知道有任务被唤醒。
44             //如果timed=wc > corePoolSize=true,这里将执行超时策略，poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS)会阻塞keepAliveTime这么长时间，没超时就返回任务，超时则返回null.
45             Runnable r = timed ?
46                 workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
47                 workQueue.take();
48             if (r != null)
49                 return r;
50             timedOut = true;
51         } catch (InterruptedException retry) {
52             // 如果此 worker 发生了中断，采取的方案是重试
53             // 解释下为什么会发生中断，这个读者要去看 setMaximumPoolSize 方法，
54             // 如果开发者将 maximumPoolSize 调小了，导致其小于当前的 workers 数量，
55             // 那么意味着超出的部分线程要被关闭。重新进入 for 循环，自然会有部分线程会返回 null
56             timedOut = false;
57         }
58     }
59 }

到这里，基本上也说完了整个流程，读者这个时候应该回到 execute(Runnable command) 方法，有两种情况会调用 reject(command) 来处理任务，因为按照正常的流程，线程池此时不能接受这个任务，所以需要执行我们的拒绝策略。接下来，我们说一说 ThreadPoolExecutor 中的拒绝策略。

1 final void reject(Runnable command) {
2     // 执行拒绝策略
3     handler.rejectedExecution(command, this);
4 }

此处的 handler 我们需要在构造线程池的时候就传入这个参数，它是 RejectedExecutionHandler 的实例。

RejectedExecutionHandler 在 ThreadPoolExecutor 中有四个已经定义好的实现类可供我们直接使用，当然，我们也可以实现自己的策略，不过一般也没有必要。

 1 // 只要线程池没有被关闭，那么由提交任务的线程自己来执行这个任务。
 2 public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
 3     public CallerRunsPolicy() { }
 4     public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
 5         if (!e.isShutdown()) {
 6             r.run();
 7         }
 8     }
 9 }
10 
11 // 不管怎样，直接抛出 RejectedExecutionException 异常
12 // 这个是默认的策略，如果我们构造线程池的时候不传相应的 handler 的话，那就会指定使用这个
13 public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler {
14     public AbortPolicy() { }
15     public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
16         throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() +
17                                              " rejected from " +
18                                              e.toString());
19     }
20 }
21 
22 // 不做任何处理，直接忽略掉这个任务
23 public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler {
24     public DiscardPolicy() { }
25     public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
26     }
27 }
28 
29 // 这个相对霸道一点，如果线程池没有被关闭的话，
30 // 把队列队头的任务(也就是等待了最长时间的)直接扔掉，然后提交这个任务到等待队列中
31 public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler {
32     public DiscardOldestPolicy() { }
33     public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
34         if (!e.isShutdown()) {
35             e.getQueue().poll();
36             e.execute(r);
37         }
38     }
39 }

到这里，ThreadPoolExecutor 算是分析得差不多了

总结

我们简单回顾下线程创建的流程

如果当前线程数少于 corePoolSize，那么提交任务的时候创建一个新的线程，并由这个线程执行这个任务；
如果当前线程数已经达到 corePoolSize，那么将提交的任务添加到队列中，等待线程池中的线程去队列中取任务；
如果队列已满，那么创建新的线程来执行任务，需要保证池中的线程数不会超过 maximumPoolSize，如果此时线程数超过了 maximumPoolSize，那么执行拒绝策略。