线程池执行原理-技术圈

使用线程池的好处

Java中的线程池是运用场景最多的并发框架，几乎所有需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池。在开发过程中，合理地使用线程池能够带来3个好处。

第一：降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。

第二：提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。

第三：提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制地创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。但是，要做到合理利用线程池，必须对其实现原理了如指掌。

线程池的实现原理

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？本问来看一下线程池的主要处理流程

ThreadPoolExecutor执行execute方法分下面4种情况。

1）如果当前运行的线程少于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）。

2）如果运行的线程等于或多于corePoolSize，则将任务加入BlockingQueue。

3）如果无法将任务加入BlockingQueue（队列已满），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）如果创建新线程将使当前运行的线程超出maximumPoolSize，任务将被拒绝，并调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法。

ThreadPoolExecutor采取上述步骤的总体设计思路，是为了在执行execute()方法时，尽可能地避免获取全局锁（那将会是一个严重的可伸缩瓶颈）。在ThreadPoolExecutor完成预热之后（当前运行的线程数大于等于corePoolSize），几乎所有的execute()方法调用都是执行步骤2，而步骤2不需要获取全局锁。

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();    // 1.如果正在运行的线程少于corePoolSize，请尝试以给定的命令作为其第一个任务来启动新线程。    // 对addWorker的调用以原子方式检查runState和workerCount，    // 因此可以通过返回false来防止错误警报，从而在不应该添加线程时添加线程。        int c = ctl.get();        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {            if (addWorker(command, true))                return;            c = ctl.get();        }         // 2.如果一个任务可以成功地排队，那么我们仍然需要仔细检查是否应该添加一个线程         // （因为自从上次检查以来已有的线程已经死亡），或者在进入这个方法后池是否关闭。因此，         /// 我们重新检查状态，如果有必要，在停止排队时回滚排队，如果没有，则启动一个新线程。        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);        }        // 3.如果无法将任务排队，则尝试添加新线程。如果失败了，        // 我们知道我们已经关闭或者饱和了，所以拒绝这个任务。        else if (!addWorker(command, false))            reject(command);    }}

判断当前核心线程池里是否有空闲线程，有则通过addWorker方法创建工作线程执行任务。addWorker方法较长，筛选出重要的代码来解析。

//ThreadPoolExecutor#addWorkerprivate boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {/*首先会再次检查线程池是否处于运行状态，核心线程池中是否还有空闲线程，都满足条件过后则会调用compareAndIncrementWorkerCount先将正在运行的线程数+1，数量自增成功则跳出循环，自增失败则继续从头继续循环*/　　...　　if (compareAndIncrementWorkerCount(c))　　　　break retry;　　.../*正在运行的线程数自增成功后则将线程封装成工作线程Worker*/　　boolean workerStarted = false;　　boolean workerAdded = false;　　Worker w = null;　　try {　　　　final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;        //全局锁　　　　w = new Woker(firstTask);        //将线程封装为Worker工作线程　　　　final Thread t = w.thread;　　　　if (t != null) {　　　　　　mainLock.lock();    //获取全局锁/*当持有了全局锁的时候，还需要再次检查线程池的运行状态等*/　　　　　　try {　　　　　　　　int c = clt.get();　　　　　　　　int rs = runStateOf(c);        //线程池运行状态　　　　　　　　if (rs < SHUTDOWN || (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)){        //线程池处于运行状态，或者线程池关闭且任务线程为空　　　　　　　　　　if (t.isAlive())    //线程处于活跃状态，即线程已经开始执行或者还未死亡，正确的应线程在这里应该是还未开始执行的　　　　　　　　　　　　throw new IllegalThreadStateException();　　　　　　　　　　workers.add(w);    //private final HashSet<Worker> wokers = new HashSet<Worker>();包含线程池中所有的工作线程，只有在获取了全局的时候才能访问它。将新构造的工作线程加入到工作线程集合中　　　　　　　　　　int s = worker.size();    //工作线程数量　　　　　　　　　　if (s > largestPoolSize)　　　　　　　　　　　　largestPoolSize = s;　　　　　　　　　　workerAdded = true;    //新构造的工作线程加入成功　　　　　　　　}　　　　　　} finally {　　　　　　　　mainLock.unlock();　　　　　　}　　 　　　　if (workerAdded) {　　　　　　　　t.start();    //在被构造为Worker工作线程，且被加入到工作线程集合中后，执行线程任务，注意这里的start实际上执行Worker中run方法，所以接下来分析Worker的run方法　　　　　　　　workerStarted = true;　　　　　　}　　　　}　　} finally {　　　　if (!workerStarted)    //未能成功创建执行工作线程　　　　　　addWorkerFailed(w);    //在启动工作线程失败后，将工作线程从集合中移除　　}　　return workerStarted;}

工作线程被成功添加到工作线程集合中后，则开始start执行，这里start执行的是Worker工作线程中的run方法。

//ThreadPoolExecutor$Worker，它继承了AQS，同时实现了Runnable，所以它具备了这两者的所有特性private final class Worker extends AbstractQueuedSynchronizer implements Runnable {　　final Thread thread;　　Runnable firstTask;　　public Worker(Runnable firstTask) {　　　　setState(-1);    //设置AQS的同步状态为-1，禁止中断，直到调用runWorker　　　　this.firstTask = firstTask;　　　　this.thread = getThreadFactory().newThread(this);    //通过线程工厂来创建一个线程，将自身作为Runnable传递传递　　}　　public void run() {　　　　runWorker(this);    //运行工作线程　　}}

　ThreadPoolExecutor#runWorker，在此方法中，Worker在执行完任务后，还会循环获取任务队列里的任务执行（其中的getTask方法），也就是说Worker不仅仅是在执行完给它的任务就释放或者结束，它不会闲着，而是继续从任务队列中获取任务，直到任务队列中没有任务可执行时，它才退出循环完成任务。