深入原始碼分析 Java 執行緒池的實現原理
程式的執行，其本質上，是對系統資源（CPU、記憶體、磁碟、網路等等）的使用。如何高效的使用這些資源是我們程式設計優化演進的一個方向。今天說的執行緒池就是一種對CPU利用的優化手段。
網上有不少介紹如何使用執行緒池的文章，那我想說點什麼呢？我希望通過學習執行緒池原理，明白所有 池化技術 的基本設計思路。遇到其他相似問題可以解決。
池化技術
前面提到一個名詞——池化技術，那麼到底什麼是池化技術呢？
池化技術簡單點來說，就是提前儲存大量的資源，以備不時之需。在機器資源有限的情況下，使用池化技術可以大大的提高資源的利用率，提升效能等。
在程式設計領域，比較典型的池化技術有：
執行緒池、 連線池、 記憶體池、物件池等。
本文主要來介紹一下其中比較簡單的執行緒池的實現原理，希望讀者們可以舉一反三，通過對執行緒池的理解，學習並掌握所有程式設計中池化技術的底層原理。
建立一個執行緒
public class App {
public static void main(String[] args) throws Exception {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("執行緒執行中");
}
}).start();
}
}
我們通過建立一個執行緒物件，並且實現Runnable介面就可以實現一個簡單的執行緒。可以利用上多核CPU。當一個任務結束，當前執行緒就接收。
但很多時候，我們不止會執行一個任務。 如果每次都是如此的建立執行緒->執行任務->銷燬執行緒，會造成很大的效能開銷。
那能否一個執行緒建立後，執行完一個任務後，又去執行另一個任務，而不是銷燬。這就是執行緒池。
這也就是池化技術的思想，通過預先建立好多個執行緒，放在池中，這樣可以在需要使用執行緒的時候直接獲取，避免多次重複建立、銷燬帶來的開銷。
執行緒池的簡單使用
以下程式碼，是在Java中建立執行緒池：
import java.util.concurrent.*;
public class App {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(1, 1,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<>(10));
executorService.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("abcdefg");
}
});
executorService.shutdown();
}
}
Jdk提供給外部的介面也很簡單。直接呼叫ThreadPoolExecutor構造一個就可以了，也可以通過Executors靜態工廠構建，但一般不建議。
可以看到，開發者想要在程式碼中使用執行緒池還是比較簡單的，這得益於Java給我們封裝好的一系列API。但是，這些API的背後是什麼呢，讓我們來揭開這個迷霧，看清執行緒池的本質。
執行緒池建構函式
通常，一般建構函式會反映出這個工具或這個物件的資料儲存結構。
如果把執行緒池比作一個公司。公司會有正式員工處理正常業務，如果工作量大的話，會僱傭外包人員來工作。
閒時就可以釋放外包人員以減少公司管理開銷。一個公司因為成本關係，僱傭的人員始終是有最大數。
如果這時候還有任務處理不過來，就走需求池排任務。
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acc : 獲取呼叫上下文
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corePoolSize: 核心執行緒數量，可以類比正式員工數量，常駐執行緒數量。
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maximumPoolSize: 最大的執行緒數量，公司最多僱傭員工數量。常駐+臨時執行緒數量。
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workQueue：多餘任務等待佇列，再多的人都處理不過來了，需要等著，在這個地方等。
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keepAliveTime：非核心執行緒空閒時間，就是外包人員等了多久，如果還沒有活幹，解僱了。
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threadFactory: 建立執行緒的工廠，在這個地方可以統一處理建立的執行緒的屬性。每個公司對員工的要求不一樣，恩，在這裡設定員工的屬性。
-
handler：執行緒池拒絕策略，什麼意思呢？就是當任務實在是太多，人也不夠，需求池也排滿了，還有任務咋辦？預設是不處理，丟擲異常告訴任務提交者，我這忙不過來了。
新增一個任務
接著，我們看一下執行緒池中比較重要的execute方法，該方法用於向執行緒池中新增一個任務。
核心模組用紅框標記了。
-
第一個紅框： workerCountOf方法根據ctl的低29位，得到執行緒池的當前執行緒數，如果執行緒數小於corePoolSize，則執行addWorker方法建立新的執行緒執行任務；
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第二個紅框：判斷執行緒池是否在執行，如果在，任務佇列是否允許插入，插入成功再次驗證執行緒池是否執行，如果不在執行，移除插入的任務，然後丟擲拒絕策略。如果在執行，沒有執行緒了，就啟用一個執行緒。
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第三個紅框：如果新增非核心執行緒失敗，就直接拒絕了。
這裡邏輯稍微有點複雜，畫了個流程圖僅供參考
接下來，我們看看如何新增一個工作執行緒的？
新增worker執行緒
從方法execute的實現可以看出：addWorker主要負責建立新的執行緒並執行任務，程式碼如下（這裡程式碼有點長，沒關係，也是分塊的，總共有5個關鍵的程式碼塊）：
-
第一個紅框：做是否能夠新增工作執行緒條件過濾：
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判斷執行緒池的狀態，如果執行緒池的狀態值大於或等SHUTDOWN，則不處理提交的任務，直接返回；
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第二個紅框：做自旋，更新建立執行緒數量：
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通過引數core判斷當前需要建立的執行緒是否為核心執行緒，如果core為true，且當前執行緒數小於corePoolSize，則跳出迴圈，開始建立新的執行緒
有人或許會疑問 retry 是什麼？這個是java中的goto語法。只能運用在break和continue後面。
接著看後面的程式碼：
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第一個紅框：獲取執行緒池主鎖。
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執行緒池的工作執行緒通過Woker類實現，通過ReentrantLock鎖保證執行緒安全。
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第二個紅框：新增執行緒到workers中（執行緒池中）。
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第三個紅框：啟動新建的執行緒。
接下來，我們看看workers是什麼。
一個hashSet。所以，執行緒池底層的儲存結構其實就是一個HashSet。
worker執行緒處理佇列任務
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第一個紅框：是否是第一次執行任務，或者從佇列中可以獲取到任務。
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第二個紅框：獲取到任務後，執行任務開始前操作鉤子。
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第三個紅框：執行任務。
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第四個紅框：執行任務後鉤子。
這兩個鉤子（beforeExecute，afterExecute）允許我們自己繼承執行緒池，做任務執行前後處理。
到這裡，原始碼分析到此為止。接下來做一下簡單的總結。
總結
所謂執行緒池本質是一個hashSet。多餘的任務會放在阻塞佇列中。
只有當阻塞佇列滿了後，才會觸發非核心執行緒的建立。所以非核心執行緒只是臨時過來打雜的。直到空閒了，然後自己關閉了。
執行緒池提供了兩個鉤子（beforeExecute，afterExecute）給我們，我們繼承執行緒池，在執行任務前後做一些事情。
執行緒池原理關鍵技術：鎖（lock,cas）、阻塞佇列、hashSet（資源池）
最後希望對你理解執行緒池有幫助。最後，留一個思考題，為什麼執行緒池的底層資料介面採用HashSet來實現？
本文來自作者投稿，原作者『 林灣村龍貓 』，Hollis做了些補充、調整及修改。
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