线程池（1）定义及实现-一一网

说明：本系列的线程池基于jdk8。

在开始本系列之前，假设我们对线程及线程池的相关概念已经很熟悉了。

阻塞队列常用方法

对于插入，抛异常或阻塞是在队列满的情况下，移除抛异常或阻塞则是队列空的情况下

Integer.toBinaryString(num)：将num用二进制表示，返回字符串

定义

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,
                            long keepAliveTime,TimeUnit unit,
                            BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                            ThreadFactory threadFactory,
                            RejectedExecutionHandler handler)
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如果小于corePoolSize，那么创建线程
大于corePoolSize时，放入阻塞队列
阻塞队列满了时，放入maximumPoolSize
maximunPoolSize满了时，根据handler的定义决定
1. 抛异常
2. 不执行返回
3. 让调用线程执行
4. 丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务
只要corePoolSize能执行任务，就会移除阻塞队列中的任务并执行
当处于corePoolSize到maximumPoolSize之间创建的线程超过keepAliveTime+unit还没获取任务时，会销毁线程，等于0则立即销毁

内部结构

    // 用一个原子类表示线程池状态与线程池数量
    private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
    // 29位
    private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
    // 线程池最大数量
    private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;
    // 线程池状态，用ctl的高三位表示
    // 111，该状态的线程池会接收新任务，并处理阻塞队列中的任务
    private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
    // 000，该状态的线程池不会接收新任务，但会处理阻塞队列中的任务
    private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
    // 001，该状态的线程不会接收新任务，也不会处理阻塞队列中的任务，而且会中断正在运行的任务
    private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
    // 010，所有的任务都已经终止
    private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
    // 011，terminated()方法已经执行完成
    private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;
    
    // 线程池中的所有工作线程
    private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();
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runStateOf(int c)：当前线程池的状态，ctl的高三位表示

workerCountOf(int c)：当前线程池的线程数，ctl的低二十九位表示

实现

定义1

ThreadPoolExecutor->execute():
    int c = ctl.get();
    // 线程池数量小于核心线程数
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    
ThreadPoolExecutor->addWorker():
    // 当前线程池线程数
    int wc = workerCountOf(c);
    if (wc >= CAPACITY ||
        wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)) // --5
        return false;
    // 线程池线程数量+1
    if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
        break retry;
    ......
    w = new Worker(firstTask); // --1
    final Thread t = w.thread;
    ......
    workers.add(w);
    int s = workers.size();
    if (s > largestPoolSize)
        largestPoolSize = s;
    workerAdded = true;
    ......
    if (workerAdded) {
        // 执行worker线程，主线程直接返回
        t.start(); // --2
        workerStarted = true;
    }
    
ThreadPoolExecutor->Worker->Worker(): // --1
    // 这里的firstTask就是要执行的线程
    this.firstTask = firstTask;
    // 把自身封装成一个线程
    this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
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Worker类也是一个线程，成员变量firstTask是要执行的线程，thread是自身。

ThreadPoolExecutor->runWorker(): // --2
    Runnable task = w.firstTask;
    w.firstTask = null;
    w.unlock();
    try {
        // 第一次循环，task不为null
        // 第二次循环，线程任务执行完毕，走getTask()方法
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {
            ......
            try {
                beforeExecute(wt, task);
                // 在这里执行线程方法
                task.run();
                afterExecute(task, thrown);
            } finally {
                task = null;
                w.completedTasks++;
            }
        }
        completedAbruptly = false;
    } finally {
        processWorkerExit(w, completedAbruptly);
    }
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ThreadPoolExecutor->getTask():
    boolean timedOut = false;
    for (;;) {
        int wc = workerCountOf(c);
        boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
        if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
                && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
            // 线程池数量-1
            if (compareAndDecrementWorkerCount(c)) // --6
                return null;
            continue;
        }
        // timed为false执行take()方法，阻塞队列workQueue没有元素，无限阻塞
        Runnable r = timed ?
            workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) : // --4
            workQueue.take(); // --3
        if (r != null)
            return r;
        timedOut = true;
    }
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定义2与定义5

在–5处，wc大于等于corePoolSize，返回false。进入下一段代码。

ThreadPoolExecutor->execute():
    // 线程放入阻塞队列
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
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在–3处，workQueue.take()拿到阻塞队列中的线程并返回执行，执行完毕后，第三次循环，继续在–3处无限阻塞。

定义3与定义6

ThreadPoolExecutor->execute():
    // 在放入阻塞队列失败的情况下会走到这边
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
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仍然是执行addWorker()，在–5处，这一次判断的是wc大于等于maximumPoolSize，没有触发，于是实例化Worker类并执行任务，执行完之后来到getTask()。

第一次循环，timedOut为false，timed为true，在–4处，阻塞keepAliveTime+unit后，没有任务，timedOut为true，第二次循环，在–6处，当前线程池数量-1，返回null。

回到ThreadPoolExecutor->runWorker()，执行processWorkerExit(w, completedAbruptly)方法，workers移除当前工作线程，线程退出。

定义4

在–5处，wc大于等于maximumPoolSize，返回false，执行reject(command)方法。

ThreadPoolExecutor->execute():
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
ThreadPoolExecutor->reject():
    handler.rejectedExecution(command, this);
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这里的handler即拒绝策略，是ThreadPoolExecutor类下实现RejectedExecutionHandler接口的子类，当然也可以自己实现并指定。

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THE END

后端