一、线程池的设计思想：

Java中的线程池核心实现类是ThreadPoolExecutor，本章基于JDK 1.8的源码来分析Java线程池的核心设计与实现。我们首先来看一下ThreadPoolExecutor的UML类图，了解下ThreadPoolExecutor的继承关系。

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顶层接口Executor提供了一种思想：将任务提交和任务执行进行解耦

ThreadPool的运行机制：
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线程池运行的主要两个部分：任务管理、线程管理。任务管理部分充当生产者的角色，当任务提交后，线程池会判断该任务后续的流转：（1）直接申请线程执行该任务；（2）缓冲到队列中等待线程执行；（3）拒绝该任务。线程管理部分是消费者，它们被统一维护在线程池内，根据任务请求进行线程的分配，当线程执行完任务后则会继续获取新的任务去执行，最终当线程获取不到任务的时候，线程就会被回收。

接下来，我们会按照以下三个部分去详细讲解线程池运行机制：

  1. 线程池如何维护自身状态。
  2. 线程池如何管理任务。
  3. 线程池如何管理线程。

线程池的生命状态：

维护着两个变量：运行状态（runState）和线程数量（workerCount）。
ctl这个AtomicInteger类型，是对线程池的运行状态和线程池中有效线程的数量进行控制的一个字段， 它同时包含两部分的信息：线程池的运行状态 (runState) 和线程池内有效线程的数量 (workerCount)，高3位保存runState，低29位保存workerCount，两个变量之间互不干扰。用一个变量去存储两个值，可避免在做相关决策时，出现不一致的情况，不必为了维护两者的一致，而占用锁资源。通过阅读线程池源代码也可以发现，经常出现要同时判断线程池运行状态和线程数量的情况。线程池也提供了若干方法去供用户获得线程池当前的运行状态、线程个数。这里都使用的是位运算的方式，相比于基本运算，速度也会快很多。

ThreadPoolExecutor的运行状态：

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生命周期的转换过程：
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任务的执行机制：

1、任务的调度：

首先，所有任务的调度都是由execute方法完成的，这部分完成的工作是：检查现在线程池的运行状态、运行线程数、运行策略，决定接下来执行的流程，是直接申请线程执行，或是缓冲到队列中执行，亦或是直接拒绝该任务。其执行过程如下：


首先检测线程池运行状态，如果不是RUNNING，则直接拒绝，线程池要保证在RUNNING的状态下执行任务。

  1. 如果workerCount < corePoolSize，则创建并启动一个线程来执行新提交的任务。
  2. 如果workerCount >= corePoolSize，且线程池内的阻塞队列未满，则将任务添加到该阻塞队列中。
  3. 如果workerCount >= corePoolSize && workerCount < maximumPoolSize，且线程池内的阻塞队列已满，则创建并启动一个线程来执行新提交的任务。
  4. 如果workerCount >= maximumPoolSize，并且线程池内的阻塞队列已满, 则根据拒绝策略来处理该任务, 默认的处理方式是直接抛异常。

调度的流程如下所示：
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2、任务缓冲：

任务缓冲也就是讲的是任务的阻塞队列的关系：
阻塞队列(BlockingQueue)是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作是：在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。当队列满时，存储元素的线程会等待队列可用。阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是往队列里添加元素的线程，消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器，而消费者也只从容器里拿元素。
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阻塞队列的种类:
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3、任务申请：

任务的执行有两种可能：一种是任务直接由新创建的线程执行。另一种是线程从任务队列中获取任务然后执行。
执行完任务的线程会从队列中申请任务然后再去执行。
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4、 任务拒绝

任务拒绝模块是线程池的保护部分，线程池有一个最大的容量，当线程池的任务缓存队列已满，并且线程池中的线程数目达到maximumPoolSize时，就需要拒绝掉该任务，采取任务拒绝策略，保护线程池。
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Worker线程的管理：

Worker这个工作线程，实现了Runnable接口，并持有一个线程thread，一个初始化的任务firstTask。thread是在调用构造方法时通过ThreadFactory来创建的线程，可以用来执行任务；firstTask用它来保存传入的第一个任务，这个任务可以有也可以为null。如果这个值是非空的，那么线程就会在启动初期立即执行这个任务，也就对应核心线程创建时的情况；如果这个值是null，那么就需要创建一个线程去执行任务列表（workQueue）中的任务，也就是非核心线程的创建。

worker执行任务的模型如下所示:image.png

而是使用AQS，为的就是实现不可重入的特性去反应线程现在的执行状态。
1.lock方法一旦获取了独占锁，表示当前线程正在执行任务中。
2.如果正在执行任务，则不应该中断线程。
3.如果该线程现在不是独占锁的状态，也就是空闲的状态，说明它没有在处理任务，这时可以对该线程进行中断。
4.线程池在执行shutdown方法或tryTerminate方法时会调用interruptIdleWorkers方法来中断空闲的线程，interruptIdleWorkers方法会使用tryLock方法来判断线程池中的线程是否是空闲状态；如果线程是空闲状态则可以安全回收。

worker 线程的增加：

增加线程是通过线程池中的addWorker方法，该方法的功能就是增加一个线程。有两个参数：

  • firstTask：用于指定新建一个线程要执行的任务，可以为空
  • core：为true的时候会在增加线程时判断当前的线程活动数量是否小于corePoolSize，false表示新增线程前判断当前的线程活动数量是否小于corePoolSize。

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worker线程执行任务；

在Worker类中的run方法调用了runWorker方法来执行任务，runWorker方法的执行过程如下：
1.while循环不断地通过getTask()方法获取任务。
2.getTask()方法从阻塞队列中取任务。
3.如果线程池正在停止，那么要保证当前线程是中断状态，否则要保证当前线程不是中断状态。
4.执行任务。
5.如果getTask结果为null则跳出循环，执行processWorkerExit()方法，销毁线程。
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参考文章：

  1. Java线程池实现原理及其在美团业务中的实践