线程源码分析
上一篇中已经讲了线程池的原理。这一次来说说源码执行过程。建议先看看细说线程池---入门篇 细说线程池---中级篇
依然使用newFixedThreadPool()方法创建线程池。
看源码从execute（Runnable runable）开始。
代码语言：javascript复制 public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
int c = ctl.get();
///1.当前池中线程比核心数少，新建一个线程执行任务
//workerCountOf计算出线程个数
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
//线程池中创建一个线程worker
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
////2.核心池已满，但任务队列未满，添加到队列中
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
//任务成功添加到队列以后，再次检查是否需要添加新的线程，
// 因为已存在的线程可能被销毁了
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
////如果线程池处于非运行状态，
// 并且把当前的任务从任务队列中
//移除成功，则拒绝该任务
reject(command);
////如果之前的线程已被销毁完，新建一个线程
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
////3.核心池已满，队列已满，试着创建一个新线程
else if (!addWorker(command, false))
////如果创建新线程失败了，说明线程池被关闭或者线程池完全满了， 拒绝任务
reject(command);
}ctl 的作用
在线程池中，ctl 贯穿在线程池的整个生命周期中
代码语言：javascript复制private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING,0));它是一个原子类，主要作用是用来保存线程数量和线程池的状态。我们来分析一下这段代码，其实比较有意思，他用到了位运算一个 int 数值是 32 个 bit 位，这里采用高 3 位来保存运行状态，低 29 位来保存线程数量。我们来分析默认情况下，也就是 ctlOf(RUNNING)运行状态，调用了 ctlOf(int rs,int wc)方法；其中
代码语言：javascript复制private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }其中 RUNNING =-1 << COUNT_BITS ；-1 左移 29 位，
代码语言：javascript复制-1 的二进制是 32 个 1（1111 1111 11111111 1111 1111 1111 1111）；-1 的二进制计算方法原码是 1000…001 . 高位 1 表示符号位。然后对原码取反，高位不变得到 1111…110然后对反码进行 1 ，也就是补码操作， 最后得到 1111…1111
那么-1 <<左移 29 位， 也就是 【111】 表示；rs | wc 。二进制的 111 | 000 。
得到的结果仍然是 111。
那么同理可得其他的状态的 bit 位表示
代码语言：javascript复制//32-3
private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
//将 1 的二进制向右位移 29 位,再减 1 表示最大线程容量
private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1;
// 运行状态保存在 int 值的高 3 位 ( 所有数值左移 29 位 )
// 接收新任务,并执行队列中的任务
private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS;
// 不接收新任务,但是执行队列中的任务
private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS;
// 不接收新任务,不执行队列中的任务,中断正在执行中的任务
private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS;
// 所有的任务都已结束,线程数量为 0,处于该状态的线程池即将调用 terminated()方法
private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS;
// terminated()方法执行完成
private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS;线程池状态变化图
addWorker
再回到上面源码中，当线程池中线程数小于核心线程数的时候：会调用 addWorker，顾名思义，其实就是要创建一个工作线程。我们来看看源码的实现源码比较长，看起来比较唬人，其实就做了两件事。
- 才用循环
CAS操作来将线程数加 1 - 新建一个线程并启用
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
//goto 语句,避免死循环
retry:
for (;;) {
int c = ctl.get();
int rs = runStateOf(c);
//如果线程处于非运行状态，并且 rs 不等于 SHUTDOWN 且 firstTask 不等于空且且
// workQueue 为空，直接返回 false （表示不可添加 work 状态）
// 1. 线程池已经 shutdown 后，还要添加新的任务，拒绝
// 2. （第二个判断） SHUTDOWN 状态不接受新任务，但仍然会执行已经加入任务队列的任
// 务，所以当进入 SHUTDOWN 状态，而传进来的任务为空，并且任务队列不为空的时候，是允许添加
// 新线程的 , 如果把这个条件取反，就表示不允许添加 worker
if (rs >= SHUTDOWN &&
! (rs == SHUTDOWN &&
firstTask == null &&
! workQueue.isEmpty()))
return false;
for (;;) { //自旋
int wc = workerCountOf(c);//获得 Worker 工作线程数
//如果工作线程数大于默认容量大小或者大于核心线程数大小，
// 则直接返回 false 表示不能再添加 worker。
if (wc >= CAPACITY ||
wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
return false;
//通过 cas 来增加工作线程数，
if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
//如果 cas 失败，则直接重试
break retry;
// 再次获取 ctl 的值
c = ctl.get();
//这里如果不想等，说明线程的状态发生了变化，继续重试
if (runStateOf(c) != rs)
continue retry;
}
}
//上面这段代码主要是对 worker 数量做原子 1 操作,
// 下面的逻辑才是正式构建一个 worker
boolean workerStarted = false; //工作线程是否启动的标识
boolean workerAdded = false; //工作线程是否已经添加成功的标识
Worker w = null;
try {
//构建一个 Worker，这个 worker 是什么呢？
//我们 可以看到构造方法里面传入了一个 Runnable 对象
w = new Worker(firstTask);
final Thread t = w.thread; //从 worker 对象中取出线程
if (t != null) {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock(); //这里有个重入锁，避免并发问题
try {
int rs = runStateOf(ctl.get());
//只有当前线程池是正在运行状态，[或是 SHUTDOWN
// 且 firstTask 为空]，才能添加到 workers 集合中
if (rs < SHUTDOWN ||
(rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
//任务刚封装到 work 里面，还没 start,你封装的线程就是 alive，
// 几个意思？肯定是要抛异常出去的
if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
throw new IllegalThreadStateException();
workers.add(w); //将新创建的 Worker 添加到 workers 集合中
int s = workers.size();
//如果集合中的工作线程数大于最大线程数，
// 这个最大线程数表示线程池曾经出现过的最大线程数
if (s > largestPoolSize)
largestPoolSize = s; //更新线程池出现过的最大线程数
workerAdded = true;//表示工作线程创建成功了
}
} finally {
mainLock.unlock(); //释放锁
}
if (workerAdded) {//如果 worker 添加成功
t.start();//启动线程
workerStarted = true;
}
}
} finally {
if (! workerStarted)
//如果添加失败，就需要做一件事，就是递减实际工作线
//程数(还记得我们最开始的时候增加了工作线程数吗)
addWorkerFailed(w);
}
//返回结果
return workerStarted;
}Worker说明
我们发现 addWorker 方法只是构造了一个 Worker，并且把 firstTask 封装到 worker 中，它是做什么的呢？我们来看看
- 每个 worker,都是一条线程,同时里面包含了一个 firstTask,即初始化时要被首先执行的任务.
- 最终执行任务的,是 runWorker()方法Worker 类继承了 AQS，并实现了 Runnable 接口，注意其中的 firstTask 和 thread 属性：firstTask 用它来保存传入的任务；thread 是在调用构造方法时通过 ThreadFactory 来创建的线程，是用来处理任务的线程。
在调用构造方法时，需要传入任务，这里通过 getThreadFactory().newThread(this);来新建一个线程，newThread 方法传入的参数是 this，因为 Worker 本身继承了 Runnable 接口，也就是一个线程，所以一个 Worker 对象在启动的时候会调用 Worker 类中的 run 方法。Worker 继承了 AQS，使用 AQS 来实现独占锁的功能。为什么不使用 ReentrantLock 来实现呢？可以看到 tryAcquire 方法，它是不允许重入的，而 ReentrantLock 是允许重入的：lock 方法一旦获取了独占锁，表示当前线程正在执行任务中；那么它会有以下几个作用
- 如果正在执行任务，则不应该中断线程；
- 如果该线程现在不是独占锁的状态，也就是空闲的状态，说明它没有在处理任务，这时可以对该线程进行中断；
- 线程池在执行 shutdown 方法或 tryTerminate 方法时会调用 interruptIdleWorkers 方法来中断空闲的线程，interruptIdleWorkers 方法会使用 tryLock 方法来判断线程池中的线程是否是空闲状态
- 之所以设置为不可重入，是因为我们不希望任务在调用像 setCorePoolSize 这样的线程池控制方法时重新获取锁，这样会中断正在运行的线程
//继承了AQS还实现了Runnable
private final class Worker
extends AbstractQueuedSynchronizer
implements Runnable
{
/**
* This class will never be serialized, but we provide a
* serialVersionUID to suppress a javac warning.
*/
private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L;
//注意了，这才是真正执行task的线程，从构造函数可知是由
//ThreadFactury 创建的
final Thread thread;
//这就是需要执行的 task
Runnable firstTask;
/** 每个线程完成任务的计数器*/
volatile long completedTasks;
/**
* Creates with given first task and thread from ThreadFactory.
* @param firstTask the first task (null if none)
*/
Worker(Runnable firstTask) {
//// 初始状态 -1, 防止在调用 runWorker() ，
// 也就是真正执行task前中断thread 。
setState(-1);
this.firstTask = firstTask;
this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}
/** Delegates main run loop to outer runWorker */
public void run() {
runWorker(this);
}
// Lock methods
//
// The value 0 represents the unlocked state.
// The value 1 represents the locked state.
protected boolean isHeldExclusively() {
return getState() != 0;
}
protected boolean tryAcquire(int unused) {
if (compareAndSetState(0, 1)) {
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
return true;
}
return false;
}
protected boolean tryRelease(int unused) {
setExclusiveOwnerThread(null);
setState(0);
return true;
}
public void lock() { acquire(1); }
public boolean tryLock() { return tryAcquire(1); }
public void unlock() { release(1); }
public boolean isLocked() { return isHeldExclusively(); }
void interruptIfStarted() {
Thread t;
if (getState() >= 0 && (t = thread) != null && !t.isInterrupted()) {
try {
t.interrupt();
} catch (SecurityException ignore) {
}
}
}
}addWorkerFailed方法
addWorker方法中，如果添加 Worker 并且启动线程失败，则会做失败后的处理。这个方法主要做两件事
- 如果 worker 已经构造好了，则从 workers 集合中移除这个 worker
- 原子递减核心线程数（因为在 addWorker 方法中先做了原子增加）
- 尝试结束线程池
private void addWorkerFailed(java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.Worker w) {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
//上锁
mainLock.lock();
try {
if (w != null)
workers.remove(w);
decrementWorkerCount();
tryTerminate();
} finally {
//释放锁
mainLock.unlock();
}
}runWorker 方法
前面已经了解了 ThreadPoolExecutor的核心方法 addWorker，主要作用是增加工作线程，而 Worker 简单理解其实就是一个线程，里面重新了 run 方法，这块是线程池中执行任务的真正处理逻辑，也就是 runWorker方法，这个方法主要做几件事：
- 如果 task 不为空,则开始执行 task
- 如果 task 为空,则通过
getTask()再去取任务,并赋值给 task,如果取到的 Runnable 不为空,则执行该任务 - 执行完毕后,通过 while 循环继续
getTask()取任务 - 如果
getTask()取到的任务依然是空,那么整个runWorker()方法执行完毕
