[转载] Java线程池框架源码分析

转载自http://www.linuxidc.com/Linux/2014-11/108791.htm

相关类Executor，Executors，AbstractExecutorService，ExecutorService

Executor：整个线程池执行者框架的顶层接口。定义了一个execute方法，整个线程执行者框架的核心方法。

public interface Executor {

void execute(Runnable command);
}

ExecutorService：这是一个接口它继承自Executor，定义了shutdown，shutdownNow，awaitTermination，submit，invokeAll等方法。

AbstractExecutorService：实现了ExecutorService接口中的submit，invokeAll的方法。

public Future<?> submit(Runnable task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }

public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task, result);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }

public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }

在这里，所有submit方法提交的任务最终还是调用了execute方法，execute是接口Executor中定义的方法，AbstractExecutorService没有实现它，

需要子类去实现这个方法，ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService，它实现了execute方法。ScheduledThreadPoolExecutor继承自

ThreadPoolExecutor，并覆盖了ThreadPoolExecutor的execute方法。这个方法是线程执行框者架的核心逻辑，不同的线程池执行者有不同的实现逻辑。

AbstractExecutorService的功能较为简单，实现了不同参数的submit，invokeAll方法。

ThreadPoolExecutor线程池执行者：它有一个核心的成员变量：

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

workers可以看做是ThreadPoolExecutor中用于运行任务的线程池。

worker是一个封装了一个Thread对象并实现了Runnable接口的类。封装Thread很容易理解，因为它要利用Thread去运行execute方法提交过来的runnable任务，但是为什么会继承runnable接口呢？

下面是剔除了部分代码的Worker源码：

private final class Worker
        extends AbstractQueuedSynchronizer
        implements Runnable
    {
      final Thread thread;
        
        Runnable firstTask;

Worker(Runnable firstTask) {
            setState(-1); 
            this.firstTask = firstTask;
            this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
        }

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

}

Worker是ThreadPoolExecutor的一个内部类，Worker本身实现了Runnable接口，并封装了一个Thread对象，最后在构造方法中获取了一个Runnable对象，这个对象就是ThreadPoolExecutor通过execute提交过来的目标任务。

跟踪runWorker(this)方法：

final void runWorker(Worker w) {
        Thread wt = Thread.currentThread();
        Runnable task = w.firstTask;
        w.firstTask = null;
        w.unlock(); 
        boolean completedAbruptly = true;
        try {
            while (task != null || (task = getTask()) != null) {
                w.lock();

if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                    (Thread.interrupted() &&
                      runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                    !wt.isInterrupted())
                    wt.interrupt();
                try {
                    beforeExecute(wt, task);
                    Throwable thrown = null;
                    try {
                        task.run();//在这里直接调用了目标任务的run方法，并没有将它传给Thread对象。
                    } 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(task, thrown);
                    }
                } finally {
                    task = null;
                    w.completedTasks++;
                    w.unlock();
                }
            }
            completedAbruptly = false;
        } finally {
            processWorkerExit(w, completedAbruptly);
        }
    }

回过头来在看看Worker的构造方法：

Worker(Runnable firstTask) {
        setState(-1); 
        this.firstTask = firstTask;
        this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
    }

它将自己传给了自己的成员变量thread。目标任务被执行的步骤可能就是：Worker的成员变量thread启动后调用worker的run方法，worker的run方法中将自己传给runWorker，runWorker在调用目标执行对象的run方法。

那么thread是何时被执行的呢？

下面看看ThreadPoolExecutor中的一个其他方法：

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
      ......
        try {
            final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
            w = new Worker(firstTask);
            final Thread t = w.thread;//这里初始化一个Worker对象w，在将w的成员变量thread付给t
            if (t != null) {
                mainLock.lock();
                try {
                    int c = ctl.get();
                    int rs = runStateOf(c);

if (rs < SHUTDOWN ||
                        (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                        if (t.isAlive()) 
                            throw new IllegalThreadStateException();
                        workers.add(w);
                        int s = workers.size();
                        if (s > largestPoolSize)
                            largestPoolSize = s;
                        workerAdded = true;
                    }
                } finally {
                    mainLock.unlock();
                }
                if (workerAdded) {
                    t.start();//在这里调用t的start方法。
                    workerStarted = true;
                }
            }
        } finally {
            if (! workerStarted)
                addWorkerFailed(w);
        }
        return workerStarted;
    }

这里为什么会设计的这么绕，我想主要是Worker不仅封装了一个thread，而且对目标任务进行了封装，在运行封装过后的目标任务前，addWorker可以做一些相关操作。

这里仅仅介绍了ThreadPoolExecutor的线程池，那么这个线程池是如何被维护的，下面介绍几个关键的参数。

private volatile int corePoolSize;
  private volatile int maximumPoolSize;
  private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;

这三个是ThreadPoolExecutor的成员变量，其中workQueue跟县城池没有关系。workQueue是一个线程安全的阻塞队列。

corePoolSize是线程池的核心大小，maximumPoolSize是线程池的最大大小。

当提交新任务时，如果ThreadPoolExecutor中有线程在运行，并且线程的数量小于corePoolSize，那么就会有新的线程被创建。如果当前运行的线程数大于corePoolSize,就会放到缓存队列workQueue中。如果缓冲队列也满了，就继续创建线程，直到线程的数量达到maximumPoolSize

public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();

//判断如果当前运行的线程数小于 corePoolSize，添加新的线程(addWorker会添加一个新的线程，上面有介绍)，方法直接返回。
        int c = ctl.get();
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }

//如果当前的运行的线程数大于或等于corePoolSize则新的任务会放到缓存队列中。
        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))
        //最后缓冲队列添加失败，则会继续添加线程。如果添加新的线程失败，则拒绝这个任务。
            reject(command);

}

还有些其他的参数：

private volatile ThreadFactory threadFactory //线程的工厂函数。
 private volatile RejectedExecutionHandler handler;//任务拒绝的处理类。
 private volatile long keepAliveTime;//任务等待的是将。

ThreadPoolExecutor有几个构造方法来初始化这些参数。Executors类将这些参数简化了来获得一个ExecutorService的引用。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                      threadFactory);
    }

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }

public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>(),
                                      threadFactory);
    }

这四个方法中前两个的核心线程数和最大线程数相同，所有可运行的线程数是固定的，<=nThreads。当任务数大于nThreads时，就是放入缓冲队列中。  后两个方法中，线程数是无边界的，核心线程数是0，最大线程数是整型的最大值，然后如果有线程60秒内没有任务运行的话就销毁。每次有新的任务来，都会创建新的线程或使用以前创建的线程（60秒内没有任务运行的线程）。你可能有疑问，既然核心线程数是0，那么所有的任务不是都放到队里里了吗？那么现在就来看看SynchronousQueue这个队里，可以看看这里的介绍 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-11/108792.htm 。

回过头来看看任务提交方法的源码：

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)) {//这里是在往队列里方任务，如果不成功就会添加Worker（封装了线程对象）
            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);
    }

上面链接里提到：offer()往queue里放一个element后立即返回，如果碰巧这个element被另一个thread取走了，offer方法返回true，认为offer成功；否则返回false。

试想一下，第一次提交任务的时候，核心线程数为0,此时没有线程所以没有线程从workQueue中取东西，所以这里的workQueue.offer(command)会返回false，那么就会通过addWorker(command, false)创建一个新的线程。