【Java 线程池】【三】ThreadPoolExecutor提交任务流程，execute源码分析
1 前言
上一节我们看了线程池的状态和数量的计数以及提供的拒绝策略，这节我们就要看线程池的运行原理，那么在了解原理之前不知道大家对线程池有没有这样的疑问:
比如线程池的线程数量是怎么进行增长的？随着任务的不断提交，线程池中的线程数量什么时候线程数量达到corePoolSize？
什么时候线程数达到maximumPoolSize？线程数量达到了maximumPoolSize之后会怎么样？
什么时候任务才会进入到阻塞队列？阻塞队列满了之后会怎么样？
什么时候触发线程拒绝策略的执行？那么这节我们就来结合ThreadPoolExecutor线程池的execute提交任务方法，里面的源码流程揭开这其中的奥秘。
2 execute方法
先看一下向线程池提交任务的方法execute方法源码：
public void execute(Runnable command) { // 如果提交任务为null，直接抛出异常，没啥好说的，就是不允许提交空任务 if (command == null) throw new NullPointerException(); // 这里获取线程池的控制变量ctl （该变量同时存储了线程池状态、线程池大小） int c = ctl.get(); // workerCountOf(c)位运算方法得到当前线程池的线程数量，这里上一章讲过这个方法 if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { // 如果当前线程数量 < corePoolSize，也就是线程数还没达到设置的核心线程数 // 这里就调用addWorder方法，创建一个新的线程，然后将command任务交给这个新线程去运行 if (addWorker(command, true)) // 走到这里说明addWorder返回true，说明创建新线程成功，任务提交成功，直接返回 return; // 走到这里说明addWorker失败了，说明创建新线程失败 c = ctl.get(); } // 走到这里有两种情况： // (1) 当前线程数量 >= corePoolSize // (2) 当前线程数量 < corePoolSize 但是addWorker创建新线程失败了，几乎不会发生，可以忽略 // isRunning(c) 判断当前线程池是否处于RUNNING状态，也就是是否还正常运行 // 如果正常运行，调用workQueue.offer(command)方法将任务放入阻塞队列 // 注意：阻塞队列在上一篇非常详细的讲解过了，这里的offer方法在容量满的时候不会阻塞调用线程 if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { // 如果任务放入阻塞队列成功，重新获取线程池控制状态ctl int recheck = ctl.get(); // !isRunning(recheck) ==true 表示当前线程池关闭了，可能就在这个时候有别人关闭了线程池 // 需要调用remove方法将刚放入队列的任务取出，执行reject拒绝策略 // 表示线程池关闭了，不能提交新任务了，执行拒绝策略 if (! isRunning(recheck) && remove(command)) reject(command); // 走到这里说明当前线程池肯定是RUNNING状态 // workerCountOf计算一下当前线程数，如果是0，说明没有线程，需要调用addWorker方法创建新线程 else if (workerCountOf(recheck) == 0) // 新创建线程，由于command任务放入阻塞队列了，所以此时传给新线程任务为null // 新线程自己会从阻塞队列取任务来执行 addWorker(null, false); } // 走到这里说明：阻塞队列任务提交失败了，说明阻塞队列满了 // 这个时候再次去创建新线程，只要当前线程数 < maximumPoolSize就可以创建成功 // 如果创建成功，将command任务交给新线程运行 else if (!addWorker(command, false)) // 走到这里说明新线程创建失败，阻塞队列也满了 // 没办法，此时线程池饱和了，只能执行拒绝策略了 reject(command); }
这里大体说明一下addWorder方法的参数和意义：
（1）command表示创建新线程，如果创建成功将command任务交给新线程运行
（2）true的意思表示是 当前线程数量 小于 corePoolSize才允许创建新线程；false表示当前线程数量 < maximumPoolSize才允许创建新线程
我们来画个图理解一下：
根据上图，我们总结一下外部线程A向执行线程池的execute方法，向线程池提交任务的时候，会经历的流程：
（1）首先计算当前线程池的线程数，如果 当前线程数 < corePoolSize (核心线程数)，则会新创建线程，然后将任务交给这个新线程执行，创建成功直接返回，创建新线程失败则继续下一步
（2）当前线程 >= corePoolSize 的时候，判断当前线程池状态是否是RUNNING，如果是则优先会尝试将任务方进入阻塞队列。
如果放入阻塞队列成功，会进行一些线程池判断，比如如果再次判断线程池状态是否是RUNNING。
如果不是说明线程池关闭了，直接将刚放入队列的task取出，执行拒绝策略。比如再次判断当前线程是否为0，如果是0则需要创建线程出来执行任务。
（3）当前线程数 >= corePoolSize，并且当前任务放入阻塞队列失败的时候，则会再次执行addWorker方法，尝试再去创建线程。
只要当前线程数 < maximumPoolSize 并且 线程池为RUNNING才会创建成功，否则创建新线程失败，说明当前线程池饱和了，执行拒绝策略。
那我们来看下上面的疑问：
（1）随着任务的不断提交，线程池中的线程数量什么时候线程数量达到corePoolSize？
当前线程数 < corePoolSize时候，提交新任务的时候会不断创建新的线程出来，然后将任务交给这个新的线程执行，直到当前线程数等于 corePoolSize 为止。
（2）什么时候任务才会进入到阻塞队列？
当线程数量 >= corePoolSize的时候，这个时候提交任务，会优先将任务尝试放入阻塞队列
（3）阻塞队列满了之后会怎么样？
当线程数量 >= corePoolSize，任务会优先进入阻塞队列，这个时候不断的提交任务到阻塞队列，阻塞队列满了之后，会尝试再去创建新的线程出来。
（4）什么时候线程数达到maximumPoolSize？
当线程数量 >= corePoolSize，阻塞队列满了之后，就会尝试创建新的线程，这个时候线程数量逐渐增多，会达到maximumPoolSize数量
（5）线程数量达到了maximumPoolSize之后会怎么样？
当线程数量达到了maximumPoolSize之后，提交任务会尝试放进阻塞队列，如果放入成功则直接返回。如果放入失败，则此时已不能再创建新的线程，线程池已经饱和了，就会执行拒绝策略。
（6）什么时候触发线程拒绝策略的执行？
看了execute方法的的代码，我们知道提交任务的时候，可能触发拒绝策略执行的场景有：
- 提交任务的时候线程池的状态不是RUNNING，会直接触发拒绝策略执行
- 提交任务的时候线程池还是RUNNING状态，但是此时阻塞队列满了，线程数量也达到了maximumPoolSize，也会触发拒绝策略执行
3 addWorker方法
上面看完了execute方法之后，我们再继续看下addWorker方法，这个是创建工作者，也就是创建一个新线程的方法，内部是个什么逻辑。
// addWorker方法由两个参数 // firstTask 表示新创建线程的时候，给这个线程的第一个任务是什么， // 如果不是null，则新线程创建好后会立马执行这个任务 // 如果传入是null，新线程自己会从阻塞对了取任务出来执行 // core 是核心的意思，表示创建线程的数量限制是 核心线程数（corePoolSize） // 当core == turu，只有当前线程数 < corePoolSize才允许创建新线程 // 当core == false，当前线程数 < maximumPoolSize 才允许创建新线程 private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) { retry: // 无限循环，会不断进行重试 for (;;) { // 获取当前线程池的控制变量（该变量存储了线程池状态、线程数量） int c = ctl.get(); // 计算得到当前线程池状态 int rs = runStateOf(c); // 这里返回false，也就是不允许创建新线程的情况有 // 1. 状态非RUNNING，也就是线程池关闭了，并且workQueue非空 // 2. 状态非RUNNING，并且firstTask 非空 // 3. 状态非RUNNING，并且非SHUTDOWN，可能为STOP、TIDYING、TERMINATED // 以上集中情况说明线程池关闭了，不允许再创建新线程出来，直接返回false if (rs >= SHUTDOWN && ! (rs == SHUTDOWN && firstTask == null && ! workQueue.isEmpty())) return false; // 无限循环，里面进行cas操作，直到成功 for (;;) { // 获取当前线程数量 int wc = workerCountOf(c); // 如果线程数量大于等于CAPACITY，则线程数量达到了线程池能记录的上线，不允许创建了 // 因为线程数量使用ctl的低29位表示，超过2^29次方ctl变量表示不了了 if (wc >= CAPACITY || // 这就是上面core参数的控制逻辑了 // 当core == true，当前线程舒朗 < corePoolSize才允许创建新线程 // 当core == false，当前线程数量 < maxumumPoolSize才允许创建新线程 wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)) return false; // 走到这里说明线程数量未达到上限，允许创建新线程 // 则执行cas操作，将当前线程数量+1 if (compareAndIncrementWorkerCount(c)) // 如果cas成功，跳出此次循环 break retry; // 走到这里说明cas失败，重试 c = ctl.get(); if (runStateOf(c) != rs) continue retry; } } boolean workerStarted = false; boolean workerAdded = false; Worker w = null; try { // 这里就是创建一个新的工作者Worker出来，将firstTask作为这个工作者的第一个任务 // 这个工作者内部包含一个线程 w = new Worker(firstTask); // 获取工作者内部的工作线程 final Thread t = w.thread; // 如果工作线程非空，下面的操作可能是将Worker放入HashSet容器了，加锁，释放锁、线程池状态校验之类的 if (t != null) { final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; // 进行加锁，互斥锁 mainLock.lock(); try { // 获取当前线程池状态 int rs = runStateOf(ctl.get()); // 1.如果线程池状态为RUNNING，表示线程池状态成功，可以继续 // 2. 如果线程池为SHUTDOWN，表示线程池关闭中，不接受新任务，但是会继续执行已经提交的任务 // 并且 firstTask == null 表示不是新任务，此时允许创建新线程，新线程会从阻塞队列取任务来执行 // 满足上面的1、2两种情况可以创建新线程 if (rs < SHUTDOWN || (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) { if (t.isAlive()) throw new IllegalThreadStateException(); // 满足上面的校验之后，就会将新创建的工作者放入容器中，就是放入HashSet中 workers.add(w); // 当前线程池工作者数量 int s = workers.size(); // 更新一下largestestPoolSize，也就是线程池达到过的最大数量是多少 if (s > largestPoolSize) largestPoolSize = s; // 更新一下标志变量，表示创建成功 workerAdded = true; } } finally { // 释放锁 mainLock.unlock(); } // 启动工作者的内部线程，设置启动成功标识为true if (workerAdded) { t.start(); workerStarted = true; } } } finally { // 如果启动失败了，执行失败操作，肯定是将worker从HashSet容器移除，线程数量减少一个 if (! workerStarted) addWorkerFailed(w); } // 返回是否创建成功、启动成功标识 return workerStarted; }
我们还是画个图来理解一下：
3 小结
好了，这节主要看了execute方法内部的执行流程以及addWorker方法内部原理，有理解不对的地方欢迎指正哈。
