Java是一門多執行緒的語言，基本上生產環境的Java專案都離不開多執行緒。而執行緒則是其中最重要的系統資源之一，如果這個資源利用得不好，很容易導致程式低效率，甚至是出問題。

有以下場景，有個電話撥打系統，有一堆需要撥打的任務要執行，首先肯定是考慮多執行緒非同步去執行。假如我每執行一個撥打任務都new一個Thread去執行，當同時有1萬個任務需要執行的時候，那麼就會新建1萬個執行緒，加上執行緒各種初始銷燬等操作，這個消耗是巨大的。而其實往往實現這些功能的時候，並不是完全需要實時馬上完成，只是希望在可控範圍內儘量提高執行的併發效能。

因此執行緒池技術應用而生，Java中最常用的執行緒池技術就是ThreadPoolExecutor。接下來就整體看看ThreadPoolExecutor的實現。
這個類的註解非常多，很多也是重點，所以就不從註解開始看起。先從使用說起，有個概念先。

基本使用

        // 核心執行緒
        int corePoolSize = 5;
        // 最大執行緒
        int maximumPoolSize = 10;
        // 執行緒空閒回收時間
        int keepAliveTime = 30;
        // 執行緒空閒回撥時間單位
        TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS;
        // 佇列大小
        int queueSize = 20;
        // 佇列
        BlockingQueue workQueue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(queueSize);
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue);
        executor.execute(() -> {
            // do something 1
        });
        executor.execute(() -> {
            // do something 2
        });
 

定義好一些必要的引數，構建一個ThreadPoolExecutor物件。然後呼叫物件的execute()方法即可。
引數說明：

• corePoolSize，執行緒池保留的最小執行緒數。如果執行緒池中的執行緒少於此數目，則在執行execut()時建立。
• maximumPoolSize，執行緒池中允許擁有的最大執行緒數。
• keepAliveTime、unit，當執行緒閒置時，保持執行緒存活的時間。
• workQueue，工作佇列，存放提交的等待任務，其中有佇列大小的限制。

執行緒管理機制

非常多人誤解了corePoolSize、maximumPoolSize、workQueue的相互關係。不少人認為無論佇列選擇什麼，corePoolSize和maximumPoolSize一定是有用，定義一定是生效的，其實並不然啊!

1. 預設情況下，執行緒池在初始的時候，執行緒數為0。當接收到一個任務時，如果執行緒池中存活的執行緒數小於corePoolSize核心執行緒，則新建一個執行緒。
2. 如果所有執行的核心執行緒都都在忙，超出核心執行緒處理的任務，執行器更多地選擇把任務放進佇列，而不是新建一個執行緒。
3. 如果一個任務提交不了到佇列，在不超出最大執行緒數量情況下，會新建執行緒。超出了就會報錯。

另外，如果想線上程初始化時候就有核心執行緒，可以呼叫prestartCoreThread()或prestartAllCoreThread()，前者是初始一個，後者是初始全部。

再看看排隊策略

• 直接提交，用SynchronousQueue。特點是不儲存，直接提交給執行緒，如果沒沒執行緒，則新建一個。
• 無限提交，用類似LinkedBlockingQueue無界佇列。特點是儲存所以核心執行緒處理不了的任務，佇列無上限，最大執行緒也沒用。
• 有限提交，用類似ArrayBlockingQueue有界佇列。特點是可以儲存超過核心執行緒的任務，並且佇列也是有上限的。超過上限，新建執行緒（滿了拋錯）。更好地保護資源，防止崩潰，也是最常用的排隊策略。

從以上規則可以看出來，核心執行緒數和最大執行緒數，還有佇列結構是相互影響的，如何排隊，佇列多大，最大執行緒是多少都是不一定的。

再看看保持存活機制

當超過核心執行緒數的執行緒，執行緒池會讓該執行緒保持存活keepAliveTime時間，超過該時間則會銷燬該執行緒。
另外預設對非核心執行緒有效，若想核心執行緒也適用於這個機制，可以呼叫allowCoreThreadTimeOut()方法。這樣的話就沒有核心執行緒這一說了。

綜合以上，執行緒池在多次執行任務後，會一直維持部分執行緒存活，即使它是閒置的。這樣的目的是為了減少執行緒銷燬建立的開銷，下次有個任務需要執行，直接從池子裡拿執行緒就能用了。但核心執行緒不能維護太多，因為也需要一定開銷。最大的執行緒數保護了整個系統的穩定性，避免併發量大的時候，把執行緒擠滿。工作佇列則是保證了任務順序和暫存，系統的可靠性。執行緒存活規則的目的和維護核心執行緒的目的類似，但降低了它的存活的時間。

另外還有拒絕機制，它提供了一些異常情況下的解決方案。

ctl執行緒狀態控制

這個ctl變數是整個執行緒池的核心控制狀態。

這個ctl代表了兩個變數

• workerCount，生效的執行緒數。基本可以理解為存活的執行緒，但某個時候有暫時性的差異。
• runState，執行緒池的執行狀態。
  其中，ctl（int32位）的低29位代表workerCount，所以最大執行緒數為(2^29)-1。另外3位表示runState。

runState有以下幾種狀態：

• RUNNING：接收新任務，處理佇列任務。
• SHUTDOWN：不接收新任務，但處理佇列任務。
• STOP：不接收新任務，也不處理佇列任務，並且中斷所有處理中的任務。
• TIDYING：所有任務都被終結，有效執行緒為0。會觸發terminated()方法。
• TERMINATED：當terminated()方法執行結束。

當呼叫了shutdown()，狀態會從RUNNING變成SHUTDOWN，不再接收新任務，此時會處理完佇列裡面的任務。
如果呼叫的是shutdownNow()，狀態會直接變成STOP。
當執行緒或者佇列都是空的時候，狀態就會變成TIDYING。
當terminated()執行完的時候，就會變成TERMINATED。

execute()

帶著對上面的規則與機制的認識，現在從就這這個入口開始看看原始碼，到底整個流程是怎麼實現的。

1. 如果少於核心執行緒在跑，用這個任務嘗試建立一個新執行緒。
2. 如果一個任務成功入隊，再次檢查下執行緒池狀態看是否需要入隊，因為可能在入隊過程中，狀態傳送了變化。如果確認入隊且沒有存活執行緒，則新建一個空執行緒。
3. 如果進不了隊，則嘗試新建一個執行緒，如果都失敗了。拒絕這個task
   對於第二點最後為什麼新建一個執行緒？很容易猜想到，會有一個輪詢的機制讓下個task出隊，直接利用這個空閒執行緒。

註釋基本解釋了所有程式碼，程式碼也沒什麼特別的。其中最主要的還是addWoker()這個方法，下面來看看。

addWoker()

先了解下這個方法的整體思路

從描述可知，addwoker失敗，會線上程池狀態不對、執行緒滿了或者執行緒工廠建立執行緒池失敗時候發生。
這個方法比較長，分兩段看。先看第一段。

retry:這種寫法，如果比較少看原始碼的，應該是前所未見的了。這是個迴圈的位置標記，是java的語法之一。看回程式碼，這裡面for迴圈還巢狀裡一個for迴圈，而retry:是標記第一個for迴圈的，後面break和continue語句都指向到了retry。說明break和continue是都是操作外層的for迴圈。retry可以是任何變數命名合法的字元。

然後看看外出for迴圈的if語句

這個if判斷想要執行到return false;，佇列為空是一個必要條件。因為addWork()不單隻接收新任務會呼叫到，處理佇列中的任務也會呼叫到。而前面提到SHUTDOWN狀態下還會處理佇列中的任務的，所以佇列不為空是會讓它繼續執行下去的。

對於內層的for迴圈

會先判斷worker的資料是否符合corePoolSize和maximumPoolSize的定義，不滿足則返回失敗。
然後嘗試CAS讓workerCount自增，如果CAS失敗還是繼續自旋去自增，直到成功。除非執行緒池狀態發生了變化，發退回到外層for迴圈重新執行，判斷執行緒池的狀態。

第一段的程式碼，就是讓workerCount在符合條件下自增

第二段程式碼

這段比較好理解，先建立一個Worker物件，這個Worker裡面包含一個由執行緒工廠建立的執行緒，和一個需要執行的任務（可以為空）。如果執行緒建立成功了，那麼就加一個重入鎖去把這個新建的Worker物件放到workers成員變數中，在加入之前需要重新判斷下執行緒池的狀態和新建執行緒的狀態。如果worker新增到workers成員變數中，就啟動這個新建的執行緒。最後如果新增失敗，則執行addWorkFailed(w)。

如果失敗了，加鎖操作回滾下wokers、workerCount，然後判斷下狀態看看是否需要終結執行緒池。

addWorker()大概的流程就這樣。

總結

對於其他方法，沒有什麼特別的，在此不再過多的敘述，有興趣的可以翻翻原始碼閱讀下。
回顧總結下上面的核心要點

1. 當核心執行緒滿且忙碌時，執行緒池傾向於把提交的任務放進佇列，而不是新建執行緒。
2. 根據選擇佇列的不同，maximumPoolSize不一定有用的。具體有三種不同的策略。
3. ctl是執行緒池的核心控制狀態，包含的runState執行緒池執行狀態和workCount有效執行緒數。
4. retry:是一種標記迴圈的語法，retry可以是任何變數命名合法字元。

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