线程池的实现原理

所谓线程池，通俗的理解就是有一个池子，里面存放着已经创建好的线程，当有任务提交给线程池执行时，池子中的某个线程会主动执行该任务。如果池子中的线程数量不够应付数量众多的任务时，则需要自动扩充新的线程到池子中，但是该数量是有限的，就好比池塘的水界线一样。当任务比较少的时候，池子中的线程能够自动回收，释放资源。为了能够异步地提交任务和缓存未被处理的任务，需要有一个任务队列

-----------------------------------------------------------------------------读书笔记摘自书名：Java高并发编程详解：多线程与架构设计 作者：汪文君

线程池处理流程

当向线程池提交一个任务之后，线程池是如何处理这个任务的呢？

前置条件-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------	执行步骤
首先检测 线程池运行状态	如果不是RUNNING，则直接拒绝，线程池要保证在RUNNING的状态下执行任务
① workerCount < corePoolSize	则创建新线程来执行任务（注意，执行这一步骤需要获取全局锁） 注意： 即使线程池中有空闲线程，也会创建一个新的线程来执行新添加的任务 如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads()方法，线程池会提前创建并启动所有基本线程 workerCount >= corePoolSize时，如果里面有线程的空闲时间超过了keepAliveTime，就将其移除线程池，这样可以动态地调整线程池中线程的数量
② workerCount >= corePoolSize && 阻塞队列未满	将任务加入BlockingQueue
③ workerCount >= corePoolSize && 阻塞队列已满 && workerCount < maximumPoolSize	则创建新的线程来处理任务（注意，执行这一步骤需要获取全局锁）
④ workerCount >= corePoolSize && 阻塞队列已满 && workerCount >= maximumPoolSize	任务将被拒绝，并调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法

ThreadPoolExecutor执行示意图 → (对应处理流程的①②③④)

源码分析

上面的流程分析让我们很直观地了解了线程池的工作原理，让我们再通过源代码来看看是如何实现的，线程池执行任务的方法如下。

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null) throw new NullPointerException();
    // 如果线程数小于基本线程数，则创建线程并执行当前任务
    if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {
        // 如线程数大于等于基本线程数或线程创建失败，则将当前任务放到工作队列中。
        if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {
            if (runState != RUNNING || poolSize == 0) ensureQueuedTaskHandled(command);
        }
        // 如果线程池不处于运行中或任务无法放入队列，并且当前线程数量小于最大允许的线程数量，
        // 则创建一个线程执行任务。
        else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))
        	// 抛出RejectedExecutionException异常
            reject(command); // is shutdown or saturated
    }
}

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
        
    int c = ctl.get();
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    
    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);
    }
    
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
}

ThreadPoolExecutor执行任务示意图

工作线程

线程池创建线程时，会将线程封装成工作线程Worker，Worker在执行完任务后，还会循环获取工作队列里的任务来执行。我们可以从Worker类的run()方法里看到这点。

public void run() {
    try {
        Runnable task = firstTask;
        firstTask = null;
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {
            runTask(task);
            task = null;
        }
    } finally {
        workerDone(this);
    }
}

线程池中的线程执行任务分两种情况，如下。
1）在 execute() 方法中创建一个线程时，会让这个线程执行当前任务。
2）这个线程执行完上图中 1 的任务后，会反复从 BlockingQueue 获取任务来执行。

-----------------------------------------------------------------------------读书笔记摘自 书名：Java并发编程的艺术 作者：方腾飞；魏鹏；程晓明