Java8线程池ThreadPoolExecutor底层原理及其源码解析

小侃一下

日常开发中, 或许不会直接new线程或线程池, 但这些线程相关的基础或思想是非常重要的, 参考林迪效应;

就算没有直接用到, 可能间接也用到了类似的思想或原理, 例如tomcat, jetty, 数据库连接池, MQ;

本文不会对线程的基础知识进行介绍, 所以最好已"进食"关于线程的基础知识, 再"食用"本文更佳;

由于在下的工作及其它原因, 前后花费了数月的时间才完成这篇博客, 希望能帮助到想要了解ThreadPoolExecutor线程池源码和原理的同学.

1. 使用线程池的好处. 为什么要使用线程池?

1. 避免频繁创建、销毁线程的开销; 复用创建的线程.

2. 及时响应提交的任务; 提交一个任务，不再是每次都需要创建新的线程.

3. 避免每次提交的任务都新建线程, 造成服务器资源耗尽, 线程频繁上下文切换等服务器资源开销.

4. 更容易监控、管理线程; 可以统计出已完成的任务数, 活跃的线程数, 等待的任务数等, 可以重写hook方法beforeExecute, afterExecute, terminated , 重写之后, 结合具体的业务进行处理.
   
   

2. 线程池核心参数介绍

参数	意义
corePoolSize	线程池中的核心线程数
workQueue	存放提交的task
maximumPoolSize	线程池中允许的最大线程数
threadFactory	线程工厂, 用来创建线程, 由Executors#defaultThreadFactory实现
keepAliveTime	空闲线程存活时间(默认是临时线程, 也可设置为核心线程)
unit	空闲线程存活时间单位枚举

下面将结合线程池中的任务提交流程加深理解.

3. 提交任务到线程池中的流程

3.1 ThreadPoolExecutor#execute方法整体流程

这里以java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor#execute方法为例, 画一个简单的图:

上图中的worker可简单理解为线程池中的一个线程, workers.size()即使线程池中的线程数;

1. 当workers.size()小于corePoolSize时, 创建新的线程执行提交的task.
2. 当workers.size()大于corePoolSize时, 并且workQueue没有满, 将task添加到workQueue.
3. 当workers.size()大于corePoolSize时, 并且workQueue已经满了, 但是workers.size()<maximumPoolSize, 就创建一个临时线程处理task.
4. 当workers.size()大于corePoolSize时, 并且workQueue已经满了, 但是workers.size()>=maximumPoolSize, 执行拒绝策略.

后续会有对ThreadPoolExecutor#execute方法的详细解读: execute方法源码: 提交task到线程池.

4种默认的拒绝策略: ThreadPoolExecutor默认实现的4种拒绝策略.

3.2 排队恰火锅的场景

这里我们可以想像一个场景: 去海底捞吃火锅;

下午4点晚市正式开始排队, 假如店内一共有16张桌子, 陆续光临的16组客人将店内坐满;

店外一共有20组客人座位, 则第17~36组客人坐在店外排队;

第37组客人来了, 启动临时餐桌供客人吃饭.

所以, 这里的店内16张桌子则是corePoolSize, 店外一共有20组座位则为BlockingQueue, 而临时餐桌数量即maximumPoolSize-corePoolSize.

上面的例子并非绝对完美, 仅仅是为了便于我们理解线程池的各个参数, 以及加深印象.

4. ThreadPoolExecutor线程池源码及其原理

有了上面对线程池的总体了解后, 下面结合源码来看看线程池的底层原理吧!

4.1 从创建ThreadPoolExecutor开始: 线程池构造函数的源码

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

上面是ThreadPoolExecutor参数最少的一个构造方法, 默认的ThreadFactory是Executors.defaultThreadFactory();
默认的 RejectedExecutionHandler是defaultHandler = new AbortPolicy();

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.acc = System.getSecurityManager() == null ?
            null :
            AccessController.getContext();
    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}

上面是ThreadPoolExecutor参数最多的一个构造方法, 其他构造方法都是传入参数调用这个构造方法;

默认的线程工厂见默认的线程工厂Executors#defaultThreadFactory, 各个参数在线程池核心参数介绍已经介绍.

4.2 ThreadPoolExecutor中的一些重要的属性

对一些重要属性有基础的认知, 有助于后面我们更容易看懂源码流程.

4.2.1 线程池的运行状态

private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;

// runState is stored in the high-order bits
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;

根据上面源码可知, COUNT_BITS的值为29, CAPACITY的值为2的29次方-1, 二进制表示为: "00011111111111111111111111111111"(明显29个1);

上面的源码中线程池的运行状态的二进制表示:

状态	二进制	意义
RUNNING	11100000000000000000000000000000	接受新execute的task, 执行已入队的task
SHUTDOWN	0	不接受新execute的task, 但执行已入队的task, 中断所有空闲的线程
STOP	00100000000000000000000000000000	不接受新execute的task, 不执行已入队的task, 中断所有的线程
TIDYING	01000000000000000000000000000000	所有线程停止, workerCount数量为0, 将执行hook方法: terminated()
TERMINATED	01100000000000000000000000000000	terminated()方法执行完毕

可以看出, 线程池的状态由32位int整型的二进制的前三位表示.

下图根据Javadoc所画:

4.2.2 核心属性ctl源码(线程池状态和有效线程数)

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));

核心属性ctl, 数据类型是AtomicInteger, 表示了两个含义:

1. 线程池运行状态(runState)
2. 线程池中的有效线程数(workerCount)

那是如何做到一个属性表示两个含义的呢? 那就要看看ctlOf方法

private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

ctlOf方法在线程池内部用来更新线程池的ctl属性;

比如ctl初始化的时候: ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0)), 调用ThreadPoolExecutor#shutdown方法等;

rs表示runState, wc表示workerCount;

将 runState和workerCount做按位或运算得到ctl的值;

而runState和workerCount的值由下面两个方法packing和unpacking, 这里的形参c就是ctl.get()的值;

// Packing and unpacking ctl
private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }
private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }

下面用表格更清晰理解:

方法	方法体	带入CAPACITY的值
runStateOf	c & ~CAPACITY	c & 11100000000000000000000000000000
workerCountOf	c & CAPACITY	c & 00011111111111111111111111111111

按位与运算, 相同位置, 同1才为1, 其余为0;

结合表格看, runStateOf方法取ctl前3位表示runState, workerCountOf方法取第4~32位的值表示workerCount;

相信大家已经明白runState和workerCount如何被packing和unpacking, 这就是为什么ctl能即表示runState又能表示wokerCount.

Note: 众所周知, 与2的整数次幂-1进行按位与运算结果等于取余运算的结果, 而位运算效率高于取余运算;
与Java8及其之后的HashMap的散列方式有同曲同工之妙, 见:https://www.cnblogs.com/theRhyme/p/9404082.html#_lab2_1_16.

4.2.3 线程池中的mainLock锁

private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();

这把可重入锁, 在线程池的很多地方会被用到;

比如要对workers(线程池中的线程集合)操作的时候(如添加一个worker到工作中), interrupt所有的 workers, 调用shutdown方法等.

4.2.4 线程池中的线程集合

private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();

用来保存当前线程池中的所有线程;

可通过该集合对线程池中的线程进行中断, 遍历等;

创建新的线程时, 要添加到该集合, 移除线程, 也要从该集合中移除对应的线程;

对该集合操作都需要mainLock锁.

4.2.5 mainLock的Condition()对象

private final Condition termination = mainLock.newCondition();

主要是为了让tryTerminate方法与awaitTermination方法结合使用;

而tryTerminate又被shutdown、shutdownNow、processWorkerExit等方法调用;

Condition对象termination的作用就是当线程池中的状态表示的值小于TERMINATED的值3时, 当前调用了awaitTermination方法的线程就会wait对应的时间;

等到过了指定的wait时间, 或者线程池状态等于或大于TERMINATED, wait的线程被唤醒, 就继续执行;

如果不清楚wait(long)与wait()的区别可参考: Object#wait()与Object#wait(long)的区别.

4.2.6 线程池中曾经达到的最大线程数

private int largestPoolSize;

用作监控, 查看当前线程池, 线程数最多的时候的数量是多少, 见方法ThreadPoolExecutor#getLargestPoolSize;

mainLock保证其可见性和原子性.

4.2.7 线程池中已完成的任务数

private long completedTaskCount;

通过方法ThreadPoolExecutor#getCompletedTaskCount获取.

4.2.8 核心线程池中的空闲线程

private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut;

默认情况下, 只有临时线程超过了keepAliveTime的时间会被回收;

allowCoreThreadTimeOut默认为false, 如果设置为true, 则会通过中断或getTask的结果为null的方式停止超过keepAliveTime的核心线程;

具体见getTask方法, 后续会详细介绍.

5. ThreadPoolExecutor一些重要的方法源码及其原理解析

5.1 execute方法源码: 提交task到线程池

public void execute(Runnable command) {
    // 如果task为null, 抛出NPE
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    
    // 获得ctl的int值
    int c = ctl.get();
    // workerCount小于corePoolSize
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        // 添加一个新的worker, 作为核心线程池的线程
        if (addWorker(command, true))
            // 添加worker作为核心线程成功, execute方法退出
            return;
        // 添加worker作为核心线程失败, 重新获取ctl的int值
        c = ctl.get();
    }
    // 线程池是RUNNING状态并且task入阻塞队列成功
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        // double-check, 再次获取ctl的值
        int recheck = ctl.get();
        // 线程池不是RUNNING状态并且当前task从workerQueue被移除成功
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            // 执行拒绝策略
            reject(command);
        // 线程池中的workerCount为0
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            // 启动一个非核心线程, 由于这里的task参数为null, 该线程会从workerQueue拉去任务
            addWorker(null, false);
    }
    // 添加一个非核心线程执行提交的task
    else if (!addWorker(command, false))
        // 添加一个非核心线程失败, 执行拒绝策略
        reject(command);
}

结合上面代码中的注释和提交任务到线程池中的流程, 相信我们已经对这个execute方法提交task到线程池的流程的源码更加清晰了.

5.2 addWorker方法源码: 创建线程并启动, 执行提交的task

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
    retry:
    for (;;) {
        int c = ctl.get();
        // 线程池运行状态
        int rs = runStateOf(c);

        // 如果线程池运行状态大于等于SHUTDOWN, 提交的firstTask为null, workQueue为null,返回false
        if (rs >= SHUTDOWN &&
            ! (rs == SHUTDOWN &&
               firstTask == null &&
               ! workQueue.isEmpty()))
            return false;

        for (;;) {
            // workerCount
            int wc = workerCountOf(c);
            // 线程数大于了2的29次方-1
            // 或者想要添加为核心线程但是核心线程池满
            // 或者想要添加为临时线程, 但是workerCount等于或大于了最大的线程池线程数maximumPoolSize, 返回false
            if (wc >= CAPACITY ||
                wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                return false;
            // CAS的方式让workerCount数量增加1,如果成功, 终止循环
            if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                break retry;
            c = ctl.get();
            // 再次检查runState, 如果被更改, 重头执行retry代码
            if (runStateOf(c) != rs)
                continue retry;
            // 其他的, 上面的CAS如果由于workerCount被其他线程改变而失败, 继续内部的for循环
        }
    }

    // 标志位workerStarted, workerAdded
    boolean workerStarted = false;
    boolean workerAdded = false;
    Worker w = null;
    try {
        // 传入task对象, 创建Worker对象
        w = new Worker(firstTask);
        // 从worker对象中回去Thread对象
        final Thread t = w.thread;
        if (t != null) {
            final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
            // 获取mainLock锁
            mainLock.lock();
            try {
                // 获取mainLock锁之后, 再次检查runState
                int rs = runStateOf(ctl.get());

                // 如果是RUNNING状态, 或者是SHUTDOWN状态并且传入的task为null(执行workQueue中的task)
                if (rs < SHUTDOWN ||
                    (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                    // 线程已经被启动, 抛出IllegalThreadStateException
                    if (t.isAlive()) 
                        throw new IllegalThreadStateException();
                    // 将worker对象添加到HashSet
                    workers.add(w);
                    int s = workers.size();
                    // 线程池中曾经达到的最大线程数(上面4.2.6提到过)
                    if (s > largestPoolSize)
                        largestPoolSize = s;
                    // worker被添加成功
                    workerAdded = true;
                }
            } finally {
                // 释放mainLock锁
                mainLock.unlock();
            }
            // 如果worker被添加成功, 启动线程, 执行对应的task
            if (workerAdded) {
                t.start();
                workerStarted = true;
            }
        }
    } finally {
        // 如果线程启动失败, 执行addWorkerFailed方法
        if (! workerStarted)
            addWorkerFailed(w);
    }
    return workerStarted;
}

每行代码都有详细的对应的注释, 相信我们已经明白了addWorker方法的过程.

5.3 Worker类源码: 线程是如何执行提交到线程池中的task?

上面的addWorker方法中, 获得Worker对象中的Thread对象(final Thread t = w.thread;), 并调用线程的start方法启动线程执行Worker中的run方法.

5.3.1 Worker 的定义

继承了AQS(AbstractQueuedSynchronizer), 重写了部分方法;

这里的主要作用主要是通过tryLock或isLocked方法判断当前线程是否正在执行Worker中的run方法;

如果返回false, 则线程没有正在执行或没有处于active, 反之, 处于;

结合getActiveCount方法源码理解;

实现了Runnable接口, 是一个线程可执行的任务.

private final class Worker
    extends AbstractQueuedSynchronizer
    implements Runnable{
    ...
}

5.3.2 Worker中的属性

属性	意义
final Thread thread	线程对象, worker会被提交到该线程
Runnable firstTask	提交到线程池中的task, 可能为null, 比如方法ThreadPoolExecutor#prestartCoreThread
volatile long completedTasks	每个线程完成的任务数

5.3.3 Worker的构造方法

首先设置初始状态state为-1, 这里的setState方法是AQS中的方法;

提交的task赋值给firstTask属性;

利用ThreadFactory, 传入当前Worker对象(为了执行当前Worker中的run方法), 创建Thread对象.

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

5.3.4 Worker中的run方法

Worker对象的run方法, 直接调用了ThreadPoolExecutor的runWorker方法.

public void run() {
    runWorker(this);
}

5.3.5 Worker中的重写AQS的方法tryAcquire, tryRelease, isHeldExclusively

5.3.5.1 tryAcquire方法

尝试将state从0设置为1, 成功后把当前持有锁的线程设置为当前线程;

形参unused没有用到.

protected boolean tryAcquire(int unused) {
    if (compareAndSetState(0, 1)) {
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        return true;
    }
    return false;
}

5.3.5.2 tryRelease方法

直接将当前持有锁的线程设置为null, 将state设置为1;

形参unused没有用到.

protected boolean tryRelease(int unused) {
    setExclusiveOwnerThread(null);
    setState(0);
    return true;
}

5.3.5.3 isHeldExclusively方法

判断当前线程是否已经获取了Worker的锁;
如果getState() == 0, 则没有线程获取了该锁, 可以尝试获取锁, 将state设置为1;
如果getState() == 1, 已经有线程获取了该锁, 互斥, 此时无法获取该锁.

protected boolean isHeldExclusively() {
    return getState() != 0;
}

5.3.6 lock方法

获取锁, 直到获取到锁为止(具体见AbstractQueuedSynchronizer#acquireQueued方法);

public void lock()        { acquire(1); }

5.3.7 tryLock方法

tryLock, 尝试获取锁, 获取到返回true, 否则返回false.

public boolean tryLock()  { return tryAcquire(1); }

5.3.8 isLocked方法

isLocked方法, 如果当前有线程持有该锁, 则返回true, 否则返回false.

public boolean isLocked() { return isHeldExclusively(); }

5.3.9 interruptIfStarted方法

线程启动会调用unlock方法(ThreadPoolExecutor.java第1131行), 将state设置为0;

如果线程已经启动, 并且没有被中断, 调用线程的中断方法.

void interruptIfStarted() {
    Thread t;
    if (getState() >= 0 && (t = thread) != null && !t.isInterrupted()) {
        try {
            t.interrupt();
        } catch (SecurityException ignore) {
        }
    }
}

5.3.10 unlock方法

底层调用worker的tryRelease方法, 设置state为0.

public void unlock()      { release(1); }

5.4 runWorker方法源码: 线程池中线程被复用的关键

执行提交的task或死循环从BlockingQueue获取task.

final void runWorker(Worker w) {
    Thread wt = Thread.currentThread();
    Runnable task = w.firstTask;
    w.firstTask = null;
    w.unlock();
    boolean completedAbruptly = true;
    try {
        // 当传入的task不为null, 或者task为null但是从BlockingQueue中获取的task不为null
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {
            // 执行任务之前先获取锁
            w.lock();
            // 线程池状态如果为STOP, 或者当前线程是被中断并且线程池是STOP状态, 或者当前线程不是被中断;
			// 则调用interrupt方法中断当前线程
            if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                 (Thread.interrupted() &&
                  runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                !wt.isInterrupted())
                wt.interrupt();
            try {
                // beforeExecute hook方法
                beforeExecute(wt, task);
                Throwable thrown = null;
                try {
                    // 真正执行提交的task的run方法
                    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 hook方法
                    afterExecute(task, thrown);
                }
            } finally {
                // task赋值为null, 下次从BlockingQueue中获取task
                task = null;
                w.completedTasks++;
                w.unlock();
            }
        }
        completedAbruptly = false;
    } finally {
        processWorkerExit(w, completedAbruptly);
    }

5.5 getTask方法源码: 从BlockingQueue中获取task

private Runnable getTask() {
    // BlockingQueue的poll方法是否已经超时
    boolean timedOut = false; 

    for (;;) {
        int c = ctl.get();
        int rs = runStateOf(c);

        // 如果线程池状态>=SHUTDOWN,并且BlockingQueue为null;
        // 或者线程池状态>=STOP
        // 以上两种情况都减少工作线程的数量, 返回的task为null
        if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
            decrementWorkerCount();
            return null;
        }

        int wc = workerCountOf(c);

        // 当前线程是否需要被淘汰
        boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;

        if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
            && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
            if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
                return null;
            continue;
        }

        try {
            // BlockingQueue的poll方法超时会直接返回null
            // BlockingQueue的take方法, 如果队列中没有元素, 当前线程会wait, 直到其他线程提交任务入队唤醒当前线程.
            Runnable r = timed ?
                workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
                workQueue.take();
            if (r != null)
                return r;
            timedOut = true;
        } catch (InterruptedException retry) {
            timedOut = false;
        }
    }
}

5.6 shutdown方法源码: 中断所有空闲的线程

public void shutdown() {
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            checkShutdownAccess();
            // 死循环将线程池状态设置为SHUTDOWN
            advanceRunState(SHUTDOWN);
            // 中断所有空闲的线程
            interruptIdleWorkers();
            // hook函数, 比如ScheduledThreadPoolExecutor对该方法的重写
            onShutdown();
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        tryTerminate();
    }

5.7 shutdownNow方法源码: 中断所有的线程, 删除并返回BlockingQueue中所有的task

public List<Runnable> shutdownNow() {
        List<Runnable> tasks;
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            checkShutdownAccess();
            // 死循环将线程池状态设置为STOP
            advanceRunState(STOP);
            // 中断所有的线程
            interruptWorkers();
            // 删除并返回BlockingQueue中所有的task
            tasks = drainQueue();
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        tryTerminate();
	    // 返回BlockingQueue中所有的task
        return tasks;
    }

6. ThreadPoolExecutor一些其他的方法和属性介绍

6.1 默认的线程工厂Executors#defaultThreadFactory

默认的线程工厂的两个重要作用就是创建线程和初始化线程名前缀.

创建DefaultThreadFactory对象.

public static ThreadFactory defaultThreadFactory() {
    return new DefaultThreadFactory();
}

DefaultThreadFactory默认构造方法, 初始化ThreadGroup和创建出的线程名前缀namePrefix.

static class DefaultThreadFactory implements ThreadFactory {
    private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1);
    private final ThreadGroup group;
    private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);
    private final String namePrefix;

    DefaultThreadFactory() {
        SecurityManager s = System.getSecurityManager();
        group = (s != null) ? s.getThreadGroup() :
                              Thread.currentThread().getThreadGroup();
        namePrefix = "pool-" +
                      poolNumber.getAndIncrement() +
                     "-thread-";
    }

    public Thread newThread(Runnable r) {
        Thread t = new Thread(group, r,
                              namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(),
                              0);
        if (t.isDaemon())
            // 非daemon线程, 不会随父线程的消亡而消亡
            t.setDaemon(false);
        if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY)
            t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
        return t;
    }
}

6.2 ThreadPoolExecutor默认实现的4种拒绝策略

6.2.1 CallerRunsPolicy

如果线程池状态不是SHUTDOWN, 由提交任务到线程池中(如调用ThreadPoolExecutor#execute方法)的线程执行该任务;

如果线程池状态是SHUTDOWN, 则该任务会被直接丢弃掉, 不会再次入队或被任何线程执行.

public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
    
    public CallerRunsPolicy() { }

    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
        if (!e.isShutdown()) {
            r.run();
        }
    }
}

6.2.2 AbortPolicy

在调用提交任务到线程池中(如调用ThreadPoolExecutor#execute方法)的线程中直接抛出RejectedExecutionException异常;

当然任务也不会被执行, 提交任务的线程如果未捕获异常会因此停止.

public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler {
 
    public AbortPolicy() { }

    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
        throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() +
                                             " rejected from " +
                                             e.toString());
    }
}

6.2.3 DiscardPolicy

直接丢弃掉这个任务, 不做任何事情.

public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler {
    
    public DiscardPolicy() { }

    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
    }
}

6.2.4 DiscardOldestPolicy

线程池如果不是SHUTDOWN状态, 丢弃最老的任务, 即workQueue队头的任务, 将当前任务execute提交到线程池;

与CallerRunsPolicy一样, 如果线程池状态是SHUTDOWN, 则该任务会被直接丢弃掉, 不会再次入队或被任何线程执行.

public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler {
  
    public DiscardOldestPolicy() { }

    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
        if (!e.isShutdown()) {
            e.getQueue().poll();
            e.execute(r);
        }
    }

6.3 addWorkerFailed方法源码: 移除启动线程失败的worker

private void addWorkerFailed(Worker w) {
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    // 获取mainLock锁
    mainLock.lock();
    try {
        // 如果worker不为null, 从HashSet中移除worker
        if (w != null)
            workers.remove(w);
        // 循环执行CAS操作直到让workerCount数量减少1
        decrementWorkerCount();
        // 执行tryTerminate方法
        tryTerminate();
    } finally {
        mainLock.unlock();
    }
}

6.4 tryTerminate方法源码: 尝试更改runState, workerCount, 尝试关闭线程池

final void tryTerminate() {
    for (;;) {
        // 获取ctl, runState和workerCount
        int c = ctl.get();
        // 当前线程池状态是否是RUNNING, 或者是否是TIDYING或TERMINATED状态, 或者是否是SHUTDOWN状态并且workQueue不为空(需要被线程执行), return结束方法
        if (isRunning(c) ||
            runStateAtLeast(c, TIDYING) ||
            (runStateOf(c) == SHUTDOWN && ! workQueue.isEmpty()))
            return;
        // workerCount如果不为0, 随机中断一个空闲的线程, return结束方法
        if (workerCount如果不为0,(c) != 0) {
            interruptIdleWorkers(ONLY_ONE);
            return;
        }

        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        // 获取mainLock锁
        mainLock.lock();
        try {
            // CAS方式设置当前线程池状态为TIDYING, workerCount为0
            if (ctl.compareAndSet(c, ctlOf(TIDYING, 0))) {
                try {
                    // 执行hook方法terminated
                    terminated();
                } finally {
                    // 设置当前线程池状态为TERMINATED, workerCount为0
                    ctl.set(ctlOf(TERMINATED, 0));
                    // 唤醒调用了awaitTermination方法的线程
                    termination.signalAll();
                }
                return;
            }
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        // 当CAS失败, 循环重试
    }
}

6.5 awaitTermination方法源码: 等待指定时间后, 线程池是否已经关闭

死循环判断, 如果当前线程池状态小于TERMINATED, 则wait对应的时间;

如果过了wait的时间(nanos <= 0), 线程池状态大于等于TERMINATED则循环终止, 函数返回true, 否则返回false.

public boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
    throws InterruptedException {
    long nanos = unit.toNanos(timeout);
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    mainLock.lock();
    try {
        for (;;) {
            if (runStateAtLeast(ctl.get(), TERMINATED))
                return true;
            if (nanos <= 0)
                return false;
            nanos = termination.awaitNanos(nanos);
        }
    } finally {
        mainLock.unlock();
    }
}

6.6 prestartCoreThread方法源码: 预启动一个核心线程

如果当前线程池中的核心线程数小于corePoolSize, 则增加一个核心线程(提交的task为null).

public boolean prestartCoreThread() {
    return workerCountOf(ctl.get()) < corePoolSize &&
        addWorker(null, true);
}

6.7 prestartAllCoreThreads方法源码: 预先启动线程池中的所有核心线程

启动所有的核心线程.

public int prestartAllCoreThreads() {
        int n = 0;
        while (addWorker(null, true))
            ++n;
        return n;
    }

6.8 getActiveCount方法源码: 获得当前线程池中活跃的线程

获得当前线程池中活跃的线程(即正在执行task没有wait的线程, [runWorker](#5.4 runWorker方法源码: 线程池中线程被复用的关键)方法中的同步代码块).

public int getActiveCount() {
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    mainLock.lock();
    try {
        int n = 0;
        for (Worker w : workers)
            if (w.isLocked())
                ++n;
        return n;
    } finally {
        mainLock.unlock();
    }
}

总结

通过介绍ThreadPoolExecutor的构造方法, 重要属性, execute方法, 引出Worker类, 以及真正的线程处理提交到线程池中的task的源码和流程, 对ThreadPoolExecutor整体结构有了清晰的认知;

线程池ThreadPoolExecutor使用BlockingQueue实现线程间的等待-通知机制, 当然也可以自己手动实现;

复用线程体现在runWorker方法中, 死循环+BlockingQueue的特性.