面试官: 线程池是如何做到线程复用的？有了解过吗，说说看

ThreadPoolExecutor中是如何做到线程复用的？

我们知道，一个线程在创建的时候会指定一个线程任务，当执行完这个线程任务之后，线程自动销毁。但是线程池却可以复用线程，一个线程执行完线程任务后不销毁，继续执行另外一个线程任务。那么它是如何做到的？这得从addWorker()说起

addWorker()

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
retry:
for (;;) {
int c = ctl.get();
int rs = runStateOf(c);

// 对边界设定的检查
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
}
}

• 先看上半部分addWorker()

retry:可能有些同学没用过，它只是一个标记，它的下一个标记就是for循环,在for循环里面调用continue/break再紧接着retry标记时，就表示从这个地方开始执行continue/break操作，但这不是我们关注的重点。 从上面的代码，我们可以看出,ThreadPoolExecutor在创建线程时，会将线程封装成工作线程worker,并放入工作线程组中，然后这个worker反复从阻塞队列中拿任务去执行。这个addWorker是excute方法中调用的

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
// 上半部分
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);
// core是ture,需要创建的线程为核心线程，则先判断当前线程是否大于核心线程
// 如果core是false,证明需要创建的是非核心线程，则先判断当前线程数是否大于总线程数
// 如果不小于，则返回false
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
}
}


// 下半部分
boolean workerStarted = false;
boolean workerAdded = false;
Worker w = null;
try {
// 创建worker对象
w = new Worker(firstTask);
final Thread t = w.thread;
if (t != null) {
// 获取线程全局锁
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {

int rs = runStateOf(ctl.get());
// 判断线程池状态
if (rs < SHUTDOWN ||
(rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
throw new IllegalThreadStateException();
// 将当前线程添加到线程组
workers.add(w);
int s = workers.size();
// 如果线程组中的线程数大于最大线程池数 largestPoolSize赋值s
if (s > largestPoolSize)
largestPoolSize = s;
// 添加成功
workerAdded = true;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
// 添加成功后执行线程
if (workerAdded) {
t.start();
workerStarted = true;
}
}
} finally {
// 添加失败后执行 addWorkerFailed
if (! workerStarted)
addWorkerFailed(w);
}
return workerStarted;
}

• 我们接着看下半部分

再看 addWorkerFailed()，与上边相反，相当于一个回滚操作，会移除失败的工作线程

private void addWorkerFailed(Worker w) {
// 同样需要全局锁
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
if (w != null)
workers.remove(w);
decrementWorkerCount();
tryTerminate();
} finally {
mainLock.unlock();
}
}

Worker

我们接着看Worker对象

private final class Worker
extends AbstractQueuedSynchronizer
implements Runnable
{
/**
* This class will never be serialized, but we provide a
* serialVersionUID to suppress a javac warning.
*/
private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L;

/** Thread this worker is running in. Null if factory fails. */
final Thread thread;
/** Initial task to run. Possibly null. */
Runnable firstTask;
/** Per-thread task counter */
volatile long completedTasks;

Worker(Runnable firstTask) {
setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
this.firstTask = firstTask;
this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}

/** Delegates main run loop to outer runWorker */
public void run() {
runWorker(this);
}

//.....
// 省略下边代码

}

Worker类实现了Runnable接口，所以Worker也是一个线程任务。在构造方法中，创建了一个线程，回过头想想addWorker()里为啥可以t.start()应该很清楚了吧， 并且在构造方法中调用了线程工厂创建了一个线程实例，我们上节讲过线程工厂。其实这也不是关注的重点，重点是这个runWorker()

final void runWorker(Worker w) {
// 获取当前的线程实例
Thread wt = Thread.currentThread();
// 直接从第一个任务开始执行
Runnable task = w.firstTask;
// 获取完之后把worker的firstTask置为null 防止下次获取到
w.firstTask = null;
// 线程启动之后，通过unlock方法释放锁
w.unlock(); // allow interrupts

// 线程异常退出时 为 true
boolean completedAbruptly = true;
try {
// Worker执行firstTask或从workQueue中获取任务，直到任务为空
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
// 获取锁以防止在任务执行过程中发生中断
w.lock();
// 判断边界值 如果线程池中断 则中断线程
if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
(Thread.interrupted() &&
runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
!wt.isInterrupted())
wt.interrupt();
try {
// 相当于钩子方法
beforeExecute(wt, task);
Throwable thrown = null;
try {
// 执行任务
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);
}
}

首先去执行创建这个worker时就有的任务，当执行完这个任务后，worker的生命周期并没有结束，在while循环中，worker会不断地调用getTask方法从阻塞队列中获取任务然后调用task.run()执行任务,从而达到复用线程的目的。只要getTask方法不返回null,此线程就不会退出。 我们接着看getTask()

private Runnable getTask() {
boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?

for (;;) {
int c = ctl.get();
int rs = runStateOf(c);

// Check if queue empty only if necessary.
if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
decrementWorkerCount();
return null;
}

int wc = workerCountOf(c);

boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;

// 如果运行线程数超过了最大线程数，但是缓存队列已经空了，这时递减worker数量。
// 如果有设置允许线程超时或者线程数量超过了核心线程数量，并且线程在规定时间内均未poll到任务且队列为空则递减worker数量
if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
&& (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
return null;
continue;
}

try {
// 如果timed为true,则会调用workQueue的poll方法获取任务.
// 超时时间是keepAliveTime。如果超过keepAliveTime时长，

// 如果timed为false, 则会调用workQueue的take方法阻塞在当前。
// 队列中有任务加入时，线程被唤醒，take方法返回任务，并执行。
Runnable r = timed ?
workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
workQueue.take();
if (r != null)
return r;
timedOut = true;
} catch (InterruptedException retry) {
timedOut = false;
}
}
}

大家有没有想过这里为啥要用take和poll,它们都是出队的操作，这么做有什么好处?

take & poll

我们说take()方法会将核心线程阻塞挂起，这样一来它就不会占用太多的cpu资源,直到拿到Runnable 然后返回。 如果allowCoreThreadTimeOut设置为true,那么核心线程就会去调用poll方法，因为poll可能会返回null,所以这时候核心线程满足超时条件也会被销毁 非核心线程会workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS)，如果超时还没有拿到，下一次循环判断compareAndDecrementWorkerCount就会返回null,Worker对象的run()方法循环体的判断为null,任务结束，然后线程被系统回收 。 再回头看一下runWorker()是不是设计的很巧妙~

结束语

本节内容不是很好理解，想继续探讨的同学可以继续阅读它的源码，这部分内容了解一下就好，其实我们从源码中可以看到大量的线程状态检查，代码写的很健壮,可以从中学习一下