面试官：请叙述ThreadPoolExecutor的执行过程与原理

逃离我推掉我的手 2023-09-24 19:46 29阅读 0赞

### ThreadPoolExecutor的执行过程与原理 ###

核心方法一：execute

每次使用线程池都是从execute执行任务，只知道通过该方法就可以开启多线程并执行任务，但一直不清楚其背后执行的逻辑与原理，下面通过 ThreadPoolExecutor 的核心源码解析了解它的执行过程

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
        // 核心线程池大小
        private final int corePoolSize;
        // 最大线程池大小
        private final int maximumPoolSize;
        // 线程空闲超时时间
        private final long keepAliveTime;
        // 时间单位
        private final TimeUnit unit;
        // 等待队列，用于保存等待执行的任务
        private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;
        // 线程池中当前线程数
        private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
        // 线程工厂，用于创建新的线程
        private final ThreadFactory threadFactory;
        // 拒绝策略，用于处理无法处理的任务
        private final RejectedExecutionHandler handler;
        // 等待任务的线程是否可以中断
        private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut;
        // 已经完成任务的计数器
        private final AtomicLong completedTaskCount = new AtomicLong();
    
        // 构造方法
        public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize,
                                  long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                                  BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                                  ThreadFactory threadFactory,
                                  RejectedExecutionHandler handler) {
            this.corePoolSize = corePoolSize;
            this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
            this.keepAliveTime = keepAliveTime;
            this.unit = unit;
            this.workQueue = workQueue;
            this.threadFactory = threadFactory;
            this.handler = handler;
        }
    
        // 执行任务
        public void execute(Runnable command) {
            if (command == null)
                throw new NullPointerException();
            int c = ctl.get();
            // 如果线程数小于核心池大小，则创建新的线程来执行任务
            if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
                if (addWorker(command, true))
                    return;
                c = ctl.get();
            }
            // 如果线程池处于运行状态，将任务添加到等待队列
            if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
                int recheck = ctl.get();
                // 如果线程池已经停止或者任务队列已满，移除任务并执行拒绝策略
                if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                    reject(command);
                // 如果线程池中没有线程，则创建新的线程来执行任务
                else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                    addWorker(null, false);
            }
            // 如果无法将任务添加到等待队列，则创建新的线程来执行任务，如果失败则执行拒绝策略
            else if (!addWorker(command, false))
                reject(command);
        }
    
        // 关闭线程池
        public void shutdown() {
            final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
            mainLock.lock();
            try {
                checkShutdownAccess();
                advanceRunState(SHUTDOWN);
                interruptIdleWorkers();
                onShutdown(); 
            } finally {
                mainLock.unlock();
            }
            tryTerminate();
        }
    }
    
    复制代码

从上述源码execute方法中可以看出，其中最重要的方法是addWorker，该方法是创建线程和执行任务的核心，看看该方法的源码：

核心方法二：addWorker

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
        retry:
        for (;;) {
            int c = ctl.get(); // 获取线程池的 ctl 状态值
            int rs = runStateOf(c); // 获取线程池的运行状态
    
            // 如果线程池的状态为 SHUTDOWN 并且下列三个条件同时满足，则不添加新的工作线程
            if (rs >= SHUTDOWN &&
                ! (rs == SHUTDOWN &&
                   firstTask == null &&
                   ! workQueue.isEmpty()))
                return false;
    
            for (;;) {
                int wc = workerCountOf(c); // 获取线程池中的工作线程数
                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 {
            // 通过execute可得知，firstTask就是传进来的任务
            w = new Worker(firstTask);
            // Worker中thread成员变量是通过 getThreadFactory().newThread(this); 构建出来的Thread
            // Work被当作任务(this)传入Thread，所以w.thread; 就相当于new Thread(w);
            // 所以当t.start() 的时候，其实就会执行worker中的run方法，run方法调用了runWorker方法
            // runWorker方法也是线程池为什么会一直阻塞等待任务的方法。
            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) {
                    // 执行任务
                    t.start();
                    workerStarted = true;
                }
            }
        } finally {
            if (! workerStarted)
                addWorkerFailed(w);
        }
        return workerStarted;
    }
    
    复制代码

Worker实现了Runnable接口，所以对于线程池来说，worker就是一个待执行的任务。Worker类自身的源码很简单，Worker构造函数中做了两件事：

1.  将传入task赋值给 firstTask
2.  通过 getThreadFactory().newThread(this); 构建出来 Thread 并将自身作为任务

在addWorker方法中再通过 Worker 构建出来的Thread执行，看上述源码中t.start()，由于worker作为task，所以开启线程时会执行Worker的run方法，worker的run方法调用runWorker方法，runWorker方法也是线程池开启如果没有手动调用关闭，那么会一直存在，源码如下：

核心方法三：runWorker

final void runWorker(Worker w) {
        // 获取当前线程
        Thread wt = Thread.currentThread();
        // 获取 Worker 对象的 firstTask 属性
        Runnable task = w.firstTask;
        w.firstTask = null;
        // Worker 的 lock() 方法是一个独占式的获取锁，因此如果已经有线程获取到了锁，当前线程就会一直阻塞在这里，直到获取到锁
        w.unlock(); // allow interrupts
        boolean completedAbruptly = true;
        try {
            // 如果第一个任务不为空，则执行第一个任务
            while (task != null || (task = getTask()) != null) {
                // 加锁，防止任务执行过程中被中断
                w.lock();
                // 如果线程已经被中断，抛出异常
                if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) || (Thread.interrupted() && runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) && !wt.isInterrupted())
                    wt.interrupt();
                try {
                    // 执行任务
                    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 {
            // 执行结束，如果线程未被中断，则执行 workerDone() 方法进行清理工作
            processWorkerExit(w, completedAbruptly);
        }
    }
    复制代码

从addWorker中得知，firstTask 是我们传进来需要被执行的任务，在runWorker方法中，他再次取worker中的firstTask并执行。

### 结论 ###

通过源码分析得知从 execute -> addWorker -> runWorker，忽略其中的细节，Worker贯穿了线程池执行流程的全部，弄清楚Worker类的作用，想必对线程池的执行流程就会很清晰了。