聊聊高并发（四十）解析java.util.concurrent各个组件（十六） ThreadPoolExecutor源码分析-优快云博客

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ThreadPoolExecutor是Executor执行框架最重要的一个实现类，提供了线程池管理和任务管理是两个最基本的能力。这篇通过分析ThreadPoolExecutor的源码来看看如何设计和实现一个基于生产者消费者模型的执行器。

生产者消费者模型

生产者消费者模型包含三个角色：生产者，工作队列，消费者。对于ThreadPoolExecutor来说，

1. 生产者是任务的提交者，是外部调用ThreadPoolExecutor的线程

2. 工作队列是一个阻塞队列的接口，具体的实现类可以有很多种。BlockingQueue<Runnable> workQueue；

3. 消费者是封装了线程的Worker类的集合。HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();

主要属性

明确了ThreadPoolExecutor的基本执行模型之后，来看下它的几个主要属性：

1. private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0)); 一个32位的原子整形作为线程池的状态控制描述符。低29位作为工作者线程的数量。所以工作者线程最多有2^29 -1个。高3位来保持线程池的状态。ThreadPoolExecutor总共有5种状态:

     *   RUNNING: 可以接受新任务并执行
     *   SHUTDOWN: 不再接受新任务，但是仍然执行工作队列中的任务
     *   STOP:     不再接受新任务，不执行工作队列中的任务，并且中断正在执行的任务
     *   TIDYING: 所有任务被终止，工作线程的数量为0，会去执行terminated()钩子方法
     *   TERMINATED: terminated()执行结束

下面是一系列ctl这个变量定义和工具方法

 private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
    private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
    private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;

    // runState is stored in the high-order bits
    private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
    private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
    private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
    private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
    private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

    // Packing and unpacking ctl
    private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }
    private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }
    private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

    private static boolean runStateLessThan(int c, int s) {
        return c < s;
    }

    private static boolean runStateAtLeast(int c, int s) {
        return c >= s;
    }

    private static boolean isRunning(int c) {
        return c < SHUTDOWN;
    }

    private boolean compareAndIncrementWorkerCount(int expect) {
        return ctl.compareAndSet(expect, expect + 1);
    }

    private boolean compareAndDecrementWorkerCount(int expect) {
        return ctl.compareAndSet(expect, expect - 1);
    }

    private void decrementWorkerCount() {
        do {} while (! compareAndDecrementWorkerCount(ctl.get()));
    }

2. private final BlockingQueue<Runnable> workQueue; 工作队列，采用了BlockingQueue阻塞队列的接口，具体实现类可以按照不同的策略来选择，比如有边界的ArrayBlockingQueue,无边界的LinkedBlockingQueue。

3. private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock(); 控制ThreadPoolExecutor的全局可重入锁，所有需要同步的操作都要被这个锁保护

4. private final Condition termination = mainLock.newCondition(); mainLock的条件队列，来进行wait()和notify()等条件操作

5. private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>(); 工作线程集合

6. private volatile ThreadFactory threadFactory; 创建线程的工厂，可以自定义线程创建的逻辑

7. private volatile RejectedExecutionHandler handler; 拒绝执行任务的处理器，可以自定义拒绝的策略

8. private volatile long keepAliveTime; 空闲线程的存活时间。可以根据这个存活时间来判断空闲线程是否等待超时，然后采取相应的线程回收操作

9. private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut; 是否允许coreThread线程超时回收

10. private volatile int corePoolSize; 可存活的线程的最小值。如果设置了allowCoreThreadTimeOut，那么corePoolSize的值可以为0。

11. private volatile int maximumPoolSize; 可存活的线程的最大值

工作线程创建和回收策略

ThreadPoolExecutor通过corePoolSize，maximumPoolSize, allowCoreThreadTimeOut，keepAliveTime等几个参数提供一个灵活的工作线程创建和回收的策略。