ThreadPoolExecutor 核心线程数是如何运作的

/**
     * Timeout in nanoseconds for idle threads waiting for work.
     * Threads use this timeout when there are more than corePoolSize
     * present or if allowCoreThreadTimeOut. Otherwise they wait
     * forever for new work.
     */
    private volatile long keepAliveTime;   

 /**
     * Core pool size is the minimum number of workers to keep alive
     * (and not allow to time out etc) unless allowCoreThreadTimeOut
     * is set, in which case the minimum is zero.
     */
    private volatile int corePoolSize;

如上,这两个参数分别是用来指定核心线程的个数,以及超过核心线程数之后,线程等待任务超时时间(超时没有领到任务,则会被回收)。
所以这个里面隐含了两个概念-- task(任务) 和 worker(做任务的工人,也就是上文提到的“线程”)。task其实就是提交上来的Runnable实现对象,如下:

/**
     * Executes the given task sometime in the future.  The task
     * may execute in a new thread or in an existing pooled thread.
     *
     * If the task cannot be submitted for execution, either because this
     * executor has been shutdown or because its capacity has been reached,
     * the task is handled by the current {@code RejectedExecutionHandler}.
     *
     * @param command the task to execute
     * @throws RejectedExecutionException at discretion of
     *         {@code RejectedExecutionHandler}, if the task
     *         cannot be accepted for execution
     * @throws NullPointerException if {@code command} is null
     */
    public void execute(Runnable command)
    ……

再来看下worker的源码,对核心线程的管理都包含在之内。

private final class Worker
        extends AbstractQueuedSynchronizer
        implements Runnable
    {
        /**
         * This class will never be serialized, but we provide a
         * serialVersionUID to suppress a javac warning.
         */
        private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L;
        // 每一个task(Runnable)都需要一个Thread来start
        /** Thread this worker is running in.  Null if factory fails. */
        final Thread thread;
        /** Initial task to run.  Possibly null. */
        Runnable firstTask;
        /** Per-thread task counter */
        volatile long completedTasks;
      ……

那接下来看看核心线程数(核心worker数)是如何来保障的。

public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
                int c = ctl.get();
        // 1.1 如果当前线程数小于核心线程数,则直接尝试创建核心worker,并把当前提交任务给它来启动
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }
        // 1.2 如果创建新worker失败,则首先尝试放入队列排队
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            int recheck = ctl.get();
            // 1.2.1 如果线程池非运行状态,则尝试移除task,并调用拒绝策略回应请求
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
            // 1.2.2 如果运行中的线程数为0,则尝试添加非核心worker处理task
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                addWorker(null, false);
        }
        // 1.3 以上1.1、1.2都不凑效,则尝试添加非核心worker处理task;否则调用拒绝策略回应请求
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }

如上,接到任务之后,线程池的策略无外乎这三种情况。所以保障核心线程的逻辑在addWorker里面,上代码。

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
       ……
       // 各种判断,CAS增加线程计数
       ……

        boolean workerStarted = false;
        boolean workerAdded = false;
        Worker w = null;
        try {
            w = new Worker(firstTask);
            final Thread t = w.thread;
            if (t != null) {
                final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
                mainLock.lock();
                try {
                    // Recheck while holding lock.
                    // Back out on ThreadFactory failure or if
                    // shut down before lock acquired.
                    int rs = runStateOf(ctl.get());

                    if (rs < SHUTDOWN ||
                        (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                        if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
                            throw new IllegalThreadStateException();
                        workers.add(w);
                        int s = workers.size();
                        if (s > largestPoolSize)
                            largestPoolSize = s;
                        workerAdded = true;
                    }
                } finally {
                    mainLock.unlock();
                }
                if (workerAdded) {
                    // 此处是关键,对应Worker类的run方法
                    t.start();
                    workerStarted = true;
                }
            }
        } finally {
            if (! workerStarted)
                addWorkerFailed(w);
        }
        return workerStarted;
    }

如上分析,看Worker类的run方法做了什么。

final void runWorker(Worker w) {
        Thread wt = Thread.currentThread();
        Runnable task = w.firstTask;
        w.firstTask = null;
        w.unlock(); // allow interrupts
        boolean completedAbruptly = true;
        try {
            // 取自己创建时同时赋值的头部任务,否则调用getTask()获取任务
            while (task != null || (task = getTask()) != null) {
                w.lock();
                // If pool is stopping, ensure thread is interrupted;
                // if not, ensure thread is not interrupted.  This
                // requires a recheck in second case to deal with
                // shutdownNow race while clearing interrupt
                if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                     (Thread.interrupted() &&
                      runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                    !wt.isInterrupted())
                    wt.interrupt();
                try {
                    beforeExecute(wt, task);
                    Throwable thrown = null;
                    try {
                        task.run();
                    } catch (RuntimeException x) {
                        thrown = x; throw x;
                    } catch (Error x) {
                        thrown = x; throw x;
                    } catch (Throwable x) {
                        thrown = x; throw new Error(x);
                    } finally {
                        afterExecute(task, thrown);
                    }
                } finally {
                    // 置空任务,等待回收
                    task = null;
                    w.completedTasks++;
                    w.unlock();
                }
            }
            completedAbruptly = false;
        } finally {
            // 处理任务结束后||未获取到有效任务,worker的回收或保持工作
            processWorkerExit(w, completedAbruptly);
        }
    }

如下getTask源码

private Runnable getTask() {
        boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?

        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            int rs = runStateOf(c);

            // Check if queue empty only if necessary.
            if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
                decrementWorkerCount();
                return null;
            }

            int wc = workerCountOf(c);

            // Are workers subject to culling?
            boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
            // 2.2 超最大线程数||核心线程获取任务超时,且无排队任务待处理
            if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
                && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
                if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
                    return null;
                continue;
            }

            try {
                Runnable r = timed ?
                    workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
                    workQueue.take();
                if (r != null)
                    return r;
                // 2.1  从队列中未获取任务超时
                timedOut = true;
            } catch (InterruptedException retry) {
                timedOut = false;
            }
        }
    }

如下processWorkerExit源码

// 此处是保持核心线程数关键所在
private void processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly) {
        if (completedAbruptly) // If abrupt, then workerCount wasn't adjusted
            decrementWorkerCount();

        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            completedTaskCount += w.completedTasks;
            // 每次用完都释放worker
            workers.remove(w);
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }

        tryTerminate();

        int c = ctl.get();
        if (runStateLessThan(c, STOP)) {
            if (!completedAbruptly) {
                int min = allowCoreThreadTimeOut ? 0 : corePoolSize;
                if (min == 0 && ! workQueue.isEmpty())
                    min = 1;
                if (workerCountOf(c) >= min)
                    return; // replacement not needed
            }
            // worker非正常结束,或者核心线程数未满足,则继续添加worker,等待从排队任务中获取任务
            addWorker(null, false);
        }
    }

总结,运作的原理就是,每次处理完任务后(无论是超时没获取到任务或者成功启动了一个任务)
1)worker都会被从workers set中移除;
2)会根据当前工作的线程数目,判断要不要新建worker补充到set中等待获取任务。

所以,worker被创建要不然等待超时被回收,要不然执行完启动任务被回收。但是只要核心线程小于阈值,就会源源不断的有新worker加入到等待获取任务的set中。

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