Java 線程池中的線程複用是如何實現的？

前幾天，技術羣裏有個羣友問了一個關於線程池的問題，內容如圖所示：

關於線程池相關知識能夠先看下這篇：爲何阿里巴巴Java開發手冊中強制要求線程池不容許使用Executors建立？

那麼就來和你們探討下這個問題，在線程池中，線程會從 workQueue 中讀取任務來執行，最小的執行單位就是 Worker，Worker 實現了 Runnable 接口，重寫了 run 方法，這個 run 方法是讓每一個線程去執行一個循環，在這個循環代碼中，去判斷是否有任務待執行，如有則直接去執行這個任務，所以線程數不會增長。

以下是線程池建立線程的總體流程圖：

首先會判斷線程池的狀態，也就是是否在運行，若線程爲非運行狀態，則會拒絕。接下來會判斷線程數是否小於核心線程數，若小於核心線程數，會新建工做線程並執行任務，隨着任務的增多，線程數會慢慢增長至核心線程數，若是此時還有任務提交，就會判斷阻塞隊列 workQueue 是否已滿，若沒滿，則會將任務放入到阻塞隊列中，等待工做線程得到並執行，若是任務提交很是多，使得阻塞隊列達到上限，會去判斷線程數是否小於最大線程數 maximumPoolSize，若小於最大線程數，線程池會添加工做線程並執行任務，若是仍然有大量任務提交，使得線程數等於最大線程數，若是此時還有任務提交，就會被拒絕。

如今咱們對這個流程大體有所瞭解，那麼讓咱們去看看源碼是如何實現的吧！

線程池的任務提交從 submit 方法來講，submit 方法是 AbstractExecutorService 抽象類定義的，主要作了兩件事情：

1. 把 Runnable 和 Callable 都轉化成 FutureTask
2. 使用 execute 方法執行 FutureTask

execute 方法是 ThreadPoolExecutor 中的方法，源碼以下：

public void execute(Runnable command) {
    // 若任務爲空，則拋 NPE，不能執行空任務
    if (command == null) {
        throw new NullPointerException();
    }
    int c = ctl.get();
    // 若工做線程數小於核心線程數，則建立新的線程，並把當前任務 command 做爲這個線程的第一個任務
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true)) {
            return;
        }
        c = ctl.get();
    }
    /**
        * 至此，有如下兩種狀況：
        * 1.當前工做線程數大於等於核心線程數
        * 2.新建線程失敗
        * 此時會嘗試將任務添加到阻塞隊列 workQueue
        */
    // 若線程池處於 RUNNING 狀態，將任務添加到阻塞隊列 workQueue 中
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        // 再次檢查線程池標記
        int recheck = ctl.get();
        // 若是線程池已不處於 RUNNING 狀態，那麼移除已入隊的任務，而且執行拒絕策略
        if (!isRunning(recheck) && remove(command)) {
            // 任務添加到阻塞隊列失敗，執行拒絕策略
            reject(command);
        }
        // 若是線程池仍是 RUNNING 的，而且線程數爲 0，那麼開啓新的線程
        else if (workerCountOf(recheck) == 0) {
            addWorker(null, false);
        }
    }
    /**
        * 至此，有如下兩種狀況：
        * 1.線程池處於非運行狀態，線程池再也不接受新的線程
        * 2.線程處於運行狀態，可是阻塞隊列已滿，沒法加入到阻塞隊列
        * 此時會嘗試以最大線程數爲界建立新的工做線程
        */
    else if (!addWorker(command, false)) {
        // 任務進入線程池失敗，執行拒絕策略
        reject(command);
    }
}

能夠看到 execute 方法中的的核心方法爲 addWorker，再去看 addWorker 方法以前，先看下 Worker 的初始化方法：

Worker(Runnable firstTask) {
    // 每一個任務的鎖狀態初始化爲-1，這樣工做線程在運行以前禁止中斷
    setState(-1);
    this.firstTask = firstTask;
    // 把 Worker 做爲 thread 運行的任務
    this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}

在 Worker 初始化時把當前 Worker 做爲線程的構造器入參，接下來從 addWorker 方法中能夠找到以下代碼：

final Thread t = w.thread;
// 若是成功添加了 Worker，就能夠啓動 Worker 了
if (workerAdded) {
    t.start();
    workerStarted = true;
}

這塊代碼是添加 worker 成功，調用 start 方法啓動線程，Thread t = w.thread; 此時的 w 是 Worker 的引用，那麼t.start();實際上執行的就是 Worker 的 run 方法。

Worker 的 run 方法中調用了 runWorker 方法，簡化後的 runWorker 源碼以下：

final void runWorker(Worker w) {
    Runnable task = w.firstTask;
    while (task != null || (task = getTask()) != null) {
        try {
            task.run();
        } finally {
            task = null;
        }
    }
}

這個 while 循環有個 getTask 方法，getTask 的主要做用是阻塞從隊列中拿任務出來，若是隊列中有任務，那麼就能夠拿出來執行，若是隊列中沒有任務，這個線程會一直阻塞到有任務爲止（或者超時阻塞），其中 getTask 方法的時序圖以下：

其中線程複用的關鍵是 1.6 和 1.7 部分，這部分源碼以下：

Runnable r = timed ? workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) : workQueue.take();

使用隊列的 poll 或 take 方法從隊列中拿數據，根據隊列的特性，隊列中有任務能夠返回，隊列中無任務會阻塞。

線程池的線程複用就是經過取 Worker 的 firstTask 或者經過 getTask 方法從 workQueue 中不停地取任務，並直接調用 Runnable 的 run 方法來執行任務，這樣就保證了每一個線程都始終在一個循環中，反覆獲取任務，而後執行任務，從而實現了線程的複用。

總結

本文主要從源碼的角度解析了 Java 線程池中的線程複用是如何實現的。歡迎你們留言交流討論。

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更詳細的源碼解析能夠點擊連接查看：https://github.com/wupeixuan/JDKSourceCode1.8

參考

https://github.com/wupeixuan/JDKSourceCode1.8

面試官系統精講Java源碼及大廠真題

Java併發編程學習寶典

Java 併發面試 78 講