Java 執行緒池中的執行緒復用是如何實現的？
前幾天，技術群里有個群友問了一個關於執行緒池的問題，內容如圖所示：
關於執行緒池相關知識可以先看下這篇：為什麼阿里巴巴Java開發手冊中強制要求執行緒池不允許使用Executors創建？
那麼就來和大家探討下這個問題，在執行緒池中，執行緒會從 workQueue 中讀取任務來執行，最小的執行單位就是 Worker，Worker 實現了 Runnable 介面，重寫了 run 方法，這個 run 方法是讓每個執行緒去執行一個循環，在這個循環程式碼中，去判斷是否有任務待執行，若有則直接去執行這個任務，因此執行緒數不會增加。
如下是執行緒池創建執行緒的整體流程圖：
首先會判斷執行緒池的狀態，也就是是否在運行，若執行緒為非運行狀態，則會拒絕。接下來會判斷執行緒數是否小於核心執行緒數，若小於核心執行緒數，會新建工作執行緒並執行任務，隨著任務的增多，執行緒數會慢慢增加至核心執行緒數，如果此時還有任務提交，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，等待工作執行緒獲得並執行，如果任務提交非常多，使得阻塞隊列達到上限，會去判斷執行緒數是否小於最大執行緒數 maximumPoolSize，若小於最大執行緒數，執行緒池會添加工作執行緒並執行任務，如果仍然有大量任務提交，使得執行緒數等於最大執行緒數，如果此時還有任務提交，就會被拒絕。
現在我們對這個流程大致有所了解，那麼讓我們去看看源碼是如何實現的吧！
執行緒池的任務提交從 submit 方法來說，submit 方法是 AbstractExecutorService 抽象類定義的，主要做了兩件事情：
- 把 Runnable 和 Callable 都轉化成 FutureTask
- 使用 execute 方法執行 FutureTask
execute 方法是 ThreadPoolExecutor 中的方法，源碼如下：
public void execute(Runnable command) {
// 若任務為空，則拋 NPE，不能執行空任務
if (command == null) {
throw new NullPointerException();
}
int c = ctl.get();
// 若工作執行緒數小於核心執行緒數，則創建新的執行緒，並把當前任務 command 作為這個執行緒的第一個任務
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
if (addWorker(command, true)) {
return;
}
c = ctl.get();
}
/**
* 至此，有以下兩種情況：
* 1.當前工作執行緒數大於等於核心執行緒數
* 2.新建執行緒失敗
* 此時會嘗試將任務添加到阻塞隊列 workQueue
*/
// 若執行緒池處於 RUNNING 狀態，將任務添加到阻塞隊列 workQueue 中
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
// 再次檢查執行緒池標記
int recheck = ctl.get();
// 如果執行緒池已不處於 RUNNING 狀態，那麼移除已入隊的任務，並且執行拒絕策略
if (!isRunning(recheck) && remove(command)) {
// 任務添加到阻塞隊列失敗，執行拒絕策略
reject(command);
}
// 如果執行緒池還是 RUNNING 的，並且執行緒數為 0，那麼開啟新的執行緒
else if (workerCountOf(recheck) == 0) {
addWorker(null, false);
}
}
/**
* 至此，有以下兩種情況：
* 1.執行緒池處於非運行狀態，執行緒池不再接受新的執行緒
* 2.執行緒處於運行狀態，但是阻塞隊列已滿，無法加入到阻塞隊列
* 此時會嘗試以最大執行緒數為界創建新的工作執行緒
*/
else if (!addWorker(command, false)) {
// 任務進入執行緒池失敗，執行拒絕策略
reject(command);
}
}
可以看到 execute 方法中的的核心方法為 addWorker，再去看 addWorker 方法之前，先看下 Worker 的初始化方法：
Worker(Runnable firstTask) {
// 每個任務的鎖狀態初始化為-1，這樣工作執行緒在運行之前禁止中斷
setState(-1);
this.firstTask = firstTask;
// 把 Worker 作為 thread 運行的任務
this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}
在 Worker 初始化時把當前 Worker 作為執行緒的構造器入參，接下來從 addWorker 方法中可以找到如下程式碼：
final Thread t = w.thread;
// 如果成功添加了 Worker，就可以啟動 Worker 了
if (workerAdded) {
t.start();
workerStarted = true;
}
這塊程式碼是添加 worker 成功，調用 start 方法啟動執行緒，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 源碼如下：
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 的主要作用是阻塞從隊列中拿任務出來，如果隊列中有任務，那麼就可以拿出來執行，如果隊列中沒有任務，這個執行緒會一直阻塞到有任務為止（或者超時阻塞），其中 getTask 方法的時序圖如下：
其中執行緒復用的關鍵是 1.6 和 1.7 部分，這部分源碼如下：
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，隊列中有任務可以返回，隊列中無任務會阻塞。
執行緒池的執行緒復用就是通過取 Worker 的 firstTask 或者通過 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，這樣就保證了每個執行緒都始終在一個循環中，反覆獲取任務，然後執行任務，從而實現了執行緒的復用。
總結
本文主要從源碼的角度解析了 Java 執行緒池中的執行緒復用是如何實現的。歡迎大家留言交流討論。
最好的關係就是互相成就，大家的在看、轉發、留言三連就是我創作的最大動力。
更詳細的源碼解析可以點擊鏈接查看：//github.com/wupeixuan/JDKSourceCode1.8
參考
//github.com/wupeixuan/JDKSourceCode1.8
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