Java并发编程-Executor框架集
Executor框架集对线程调度进行了封装，将任务提交和任务执行解耦。
它提供了线程生命周期调度的所有方法，大大简化了线程调度和同步的门槛。
Executor框架集的核心类图如下：
从上往下，可以很清晰的看出框架集的各个类，以及它们之间的关系：
Executor，是一个可以提交可执行（Runnable）任务的Object，这个接口解耦了任务提交和执行细节（线程使用、调度等），Executor主要用来替代显示的创建和运行线程；
ExecutorService提供了异步的管理一个或多个线程终止、执行过程(Future)的方法；
AbstractExecutorService提供了ExecutorService的一个默认实现，这个类通过RunnableFuture（实现类FutureTask）实现了submit, invokeAny, invokeAll几个方法；
ThreadPoolExecutor是ExecutorService的一个可配置的线程池实现，它的两个重要的配置参数：corePoolSize（线程池的基本大小，即在没有任务需要执行的时候线程池的大小，并且只有在工作队列满了的情况下才会创建超出这个数量的线程。这里需要注意的是：在刚刚创建ThreadPoolExecutor的时候，线程并不会立即启动，而是要等到有任务提交时才会启动，除非调用了prestartCoreThread/prestartAllCoreThreads事先启动核心线程。再考虑到keepAliveTime和allowCoreThreadTimeOut超时参数的影响，所以没有任务需要执行的时候，线程池的大小不一定是corePoolSize。）, maximumPoolSize（线程池中允许的最大线程数，线程池中的当前线程数目不会超过该值。如果队列中任务已满，并且当前线程个数小于maximumPoolSize，那么会创建新的线程来执行任务。这里值得一提的是largestPoolSize，该变量记录了线程池在整个生命周期中曾经出现的最大线程个数。为什么说是曾经呢？因为线程池创建之后，可以调用setMaximumPoolSize() 改变运行的最大线程的数目。）；
ScheduledExecutorService 是添加了调度特性（延迟或者定时执行）的ExecutorService；
ScheduledThreadPoolExecutor是具有调度特性的ExecutorService的池化实现；
Executors是一个Executor, ExecutorService, ScheduledExecutorService, ThreadFactory, Callable的工具类，它能满足大部分的日常应用场景。使用它创建线程池：
接下来，分析下ThreadPoolExecutor的实现。
ThreadPoolExecutor的作者Doug Lea，他将workerCount（线程池当前有效线程数）和runState（线程池当前所处状态）放置到一个原子变量ctl（AtomicInteger）上，原子变量高三位保存runStatus，低29位保存workerCount。因此，ThreadPoolExecutor（JDK8）支持的最大线程数为2^29-1。线程池状态有以下五中：
RUNNING（正常运行，-1）: Accept new tasks and process queued tasks
SHUTDOWN（关闭,0）: Don't accept new tasks, but process queued tasks
STOP（停止,1）: Don't accept new tasks, don't process queued tasks, and interrupt in-progress tasks
TIDYING（整理中,2）: All tasks have terminated, workerCount is zero, the thread transitioning to state TIDYING will run the terminated() hook method
TERMINATED（终结,3）: terminated() has completed
线程池状态的变迁，并不严格按照数字增加变化：
RUNNING -> SHUTDOWN
On invocation of shutdown(), perhaps implicitly in finalize()
(RUNNING or SHUTDOWN) -> STOP
On invocation of shutdownNow()
SHUTDOWN -> TIDYING
When both queue and pool are empty
STOP -> TIDYING
When pool is empty
TIDYING -> TERMINATED
When the terminated() hook method has completed
Threads waiting in awaitTermination() will return when the
state reaches TERMINATED.
当前工作线程计数以及线程池的状态变迁，通过ctl原子变量的CAS操作完成。
ThreadPoolExecutor会将所有提交的任务放置到workQueue中，它是一个BlockingQueue.
所有的工作线程集（workers，HashSet<Worker>）的获取和预定，使用一个final的ReentrantLock（mainLock）控制，还有mainLock上的等待条件termination（Condition）。
largestPoolSize（最大池容量），completedTaskCount（已完成线程计数）等私有变量，通过mainLock控制访问。
threadFactory（volatile，线程工厂，工厂模式的典型运用），所有的线程通过addWorker方法，间接调用这个工厂创建，以下为Executors中的DefaultThreadFactory类的默认构造方法（namePrefix非常熟悉）。
DefaultThreadFactory() {
SecurityManager s = System.getSecurityManager();
group = (s != null) ? s.getThreadGroup() :
Thread.currentThread().getThreadGroup();
namePrefix = "pool-" +
poolNumber.getAndIncrement() +
"-thread-";
}
keepAliveTime，线程等待工作的空闲时间（当allowCoreThreadTimeOut设置或者工作线程workerCount大于corePoolSize时，会超时退出，否则线程讲一直运行）
allowCoreThreadTimeOut，允许核心线程超时退出（默认为false）
corePoolSize，核心线程数目（如果没有设置allowCoreThreadTimeOut，它将是线程池中，最少活跃的线程数）
类Worker主要维护线程执行任务时的状态打断和其它功能预定，它通过继承AbstractQueuedSynchronizer来简化任务执行时锁的获取和释放，Worker没有使用可重入锁，而是实现了一个互斥锁，因为我们不想工作线程访问线程池控制变量时再次获得锁（如setCorePoolSize）。
接下来，我们看看addWorker方法，通过指定参数，它允许以核心线程运行任务。addWorker会首先检查当前的线程池状态，当前运行的线程数是否允许（添加新worker），前两项检查通过后，会尝试设置ctl中的线程计数（因为活跃工作线程数存储在ctl的低位，因此，直接自增ctl便可）。线程池计数器设置后，剩下的就是添并启动Worker，Worker集合由mainLock控制，所有workers集的修改都是由mainLock控制的。只有当集合添加成功并且新添加的线程启动成功时，线程池计数器的设置生效，否则，计数器将回退（由addWorkerFailed方法执行）。
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
retry:
for (;;) {
int c = ctl.get();
int rs = runStateOf(c);
// Check if queue empty only if necessary.
if (rs >= SHUTDOWN &&
! (rs == SHUTDOWN &&
firstTask == null &&
! workQueue.isEmpty()))
return false;
for (;;) {
int wc = workerCountOf(c);
if (wc >= CAPACITY ||
wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
return false;
if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
break retry;
c = ctl.get(); // Re-read ctl
if (runStateOf(c) != rs)
continue retry;
// else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
}
}
boolean workerStarted = false;
boolean workerAdded = false;
Worker w = null;
try {
w = new Worker(firstTask);
final Thread t = w.thread;
if (t != null) {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
// Recheck while holding lock.
// Back out on ThreadFactory failure or if
// shut down before lock acquired.
int rs = runStateOf(ctl.get());
if (rs < SHUTDOWN ||
(rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
throw new IllegalThreadStateException();
workers.add(w);
int s = workers.size();
if (s > largestPoolSize)
largestPoolSize = s;
workerAdded = true;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
if (workerAdded) {
t.start();
workerStarted = true;
}
}
} finally {
if (! workerStarted)
addWorkerFailed(w);
}
return workerStarted;
}
只有当新添加的worker线程启动成功时，addWorker返回成功（此时worker线程启动start()，它的run方法中调用了runWorker方法），其它情况返回失败。
最后看一个方法，runWorker 方法：worker线程，不断从BlockQueu中取出任务，执行它并处理执行过程中的各种情况（如线程池的状态变化，已执行计数）。
final void runWorker(Worker w) {
Thread wt = Thread.currentThread();
Runnable task = w.firstTask;
w.firstTask = null;
w.unlock(); // allow interrupts
boolean completedAbruptly = true;
try {
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
w.lock();
// If pool is stopping, ensure thread is interrupted;
// if not, ensure thread is not interrupted. This
// requires a recheck in second case to deal with
// shutdownNow race while clearing interrupt
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();
} 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);
}
}
runWorker方法中，直接调用了task的run()方法，大致交互过程。
