线程池源码分析

线程池的作用

线程池能有效的处理多个线程的并发问题，避免大量的线程因为互相强占系统资源导致阻塞现象，能够有效的降低频繁创建和销毁线程对性能所带来的开销。

线程池的真相

真正线程池的实现是通过ThreadPoolExecutor，ThreadPoolExecutor通过配置不同的参数配置来创建线程池。下面简单的介绍一下各个线程池的区别和用处。

fixThreadPool 固定线程池

Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

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

我的理解这是一个有指定的线程数的线程池，有核心的线程，里面有固定的线程数量，响应的速度快。固定的线程数由系统资源设置。

注：核心线程是没有超时机制的，队列大小没有限制，除非线程池关闭了核心线程才会被回收。

CacheThreadPool 缓存线程池

    Executor executor =  Executors.newCachedThreadPool();

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

构造方法解释：只有非核心线程，最大线程数很大（Int.Max(values)），它会为每一个任务添加一个新的线程，这边有一个超时机制，当空闲的线程超过60s内没有用到的话，就会被回收。缺点就是没有考虑到系统的实际内存大小。

SingleThreadPool 单线程线程池

Executor executor = Executors.newSingleThreadExecutor();

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

        private final ExecutorService e;
        DelegatedExecutorService(ExecutorService executor) { e = executor; }

看这个名字就知道这个家伙是只有一个核心线程，底层还进行了封装。但其实就是只是将线程池的应用加了final关键字

ScheduledThreadPool

Executors.newScheduledThreadPool(10);

    public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
        super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
              new DelayedWorkQueue());
    }

这个线程池就厉害了，是唯一一个有延迟执行和周期重复执行的线程池。它的核心线程池固定，非核心线程的数量没有限制，但是闲置时会立即会被回收。

线程池最核心方法

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
    }

这个方法是所有线程池调用的最底层方法。总共有7个参数(面试曾问过参数的含义)

corePoolSize

核心池的大小，，线程池默认创建的线程数。除非线程池销毁，否则就不会销毁

maximumPoolSize

线程池最大线程数，它表示在线程池中最多能创建多少个线程；

keepAliveTime

表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。默认情况下，只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时，keepAliveTime才会起作用，直到线程池中的线程数不大于corePoolSize，即当线程池中的线程数大于corePoolSize时，如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime，则会终止，直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。但是如果调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法，在线程池中的线程数不大于corePoolSize时，keepAliveTime参数也会起作用，直到线程池中的线程数为0；

unit

参数keepAliveTime的时间单位，有7种取值，在TimeUnit类中有7种静态属性：

• TimeUnit.DAYS; //天
• TimeUnit.HOURS; //小时
• TimeUnit.SECONDS; //秒
• TimeUnit.MILLISECONDS; //毫秒
• TimeUnit.MICROSECONDS; //微妙
• TimeUnit.NANOSECONDS; //纳秒

workQueue

一个阻塞队列，用来存储等待执行的任务，这个参数的选择也很重要，会对线程池的运行过程产生重大影响，一般来说，这里的阻塞队列有以下几种选择：

• ArrayBlockingQueue：基于数组的先进先出队列，此队列创建时必须指定大小；
• LinkedBlockingQueue：基于链表的先进先出队列，如果创建时没有指定此队列大小，则默认为Integer.MAX_VALUE；
• synchronousQueue：这个队列比较特殊，它不会保存提交的任务，而是将直接新建一个线程来执行新来的任务。

ArrayBlockingQueue和PriorityBlockingQueue使用较少，一般使用LinkedBlockingQueue和Synchronous。线程池的排队策略与BlockingQueue有关。

threadFactory

线程工厂，主要用来创建线程；

handler

表示当拒绝处理任务时的策略，有以下四种取值：

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。 
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。 
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务

线程池家族谱

ExecutorService extend Executor
    AbstractExecutorService implements ExecutorService
    ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService

Executor是一个顶层接口，在它里面只声明了一个方法execute(Runnable)，返回值为void，参数为Runnable类型，从字面意思可以理解，就是用来执行传进去的任务的；

然后ExecutorService接口继承了Executor接口，并声明了一些方法：submit、invokeAll、invokeAny以及shutDown等；

抽象类AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口，基本实现了ExecutorService中声明的所有方法；

然后ThreadPoolExecutor继承了类AbstractExecutorService。

线程池的状态

    private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
 // runState is stored in the high-order bits
    private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
    private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
    private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
    private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
    private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

值分别是。-1，0，1，2，3，
当创建线程池后，初始时，线程池处于RUNNING状态；

如果调用了shutdown()方法，则线程池处于SHUTDOWN状态，此时线程池不能够接受新的任务，它会等待所有任务执行完毕；

如果调用了shutdownNow()方法，则线程池处于STOP状态，此时线程池不能接受新的任务，并且会去尝试终止正在执行的任务；

当线程池处于SHUTDOWN或STOP状态，并且所有工作线程已经销毁，任务缓存队列已经清空或执行结束后，线程池被设置为TERMINATED状态。

线程池的重要变量

private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;              //任务缓存队列，用来存放等待执行的任务
private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();   //线程池的主要状态锁，对线程池状态（比如线程池大小
                                                              //、runState等）的改变都要使用这个锁
private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();  //用来存放工作集
 
private volatile long  keepAliveTime;    //线程存活时间   
private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut;   //是否允许为核心线程设置存活时间
private volatile int   corePoolSize;     //核心池的大小（即线程池中的线程数目大于这个参数时，提交的任务会被放进任务缓存队列）
private volatile int   maximumPoolSize;   //线程池最大能容忍的线程数
 
private volatile int   poolSize;       //线程池中当前的线程数
 
private volatile RejectedExecutionHandler handler; //任务拒绝策略
 
private volatile ThreadFactory threadFactory;   //线程工厂，用来创建线程
 
private int largestPoolSize;   //用来记录线程池中曾经出现过的最大线程数
 
private long completedTaskCount;   //用来记录已经执行完毕的任务个数