ThreadPoolExecutor源码分析（一）：重要成员变量

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ThreadPoolExecutor是一个通过使用可能几个池线程之一来执行每个提交任务的ExecutorService，这些线程池通常通过Executors工厂方法进行配置。

        ThreadPoolExecutor中的线程池处理了两个不同的问题：

        1、由于减少了每个任务调用的开销，在执行大量的异步任务时它们通常提供改进的性能；

        2、它们提供了边界和管理资源的一种手段，包括多线程，在执行任务集合时的消耗。

        每个ThreadPoolExecutor还维护一些基本的统计数据，例如完成任务的数量。

        一、ThreadPoolExecutor中的重要成员变量

        1、AtomicInteger ctl

        AtomicInteger类型的ctl代表了ThreadPoolExecutor中的控制状态，它是一个复核类型的成员变量，是一个原子整数，借助高低位包装了两个概念：

        （1）workerCount：线程池中当前活动的线程数量，占据ctl的低29位；

        （2）runState：线程池运行状态，占据ctl的高3位，有RUNNING、SHUTDOWN、STOP、TIDYING、TERMINATED五种状态。

        AtomicInteger ctl的定义如下：

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1. private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));  

        先说下workerCount：线程池中当前活动的线程数量，它占据ctl的低29位，这样，每当活跃线程数增加或减少时，ctl直接做相应数目的增减即可，十分方便。而ThreadPoolExecutor中COUNT_BITS就代表了workerCount所占位数，定义如下：

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1. private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;  

        在Java中，一个int占据32位，而COUNT_BITS的结果不言而喻，Integer大小32减去3，就是29；另外，既然workerCount代表了线程池中当前活动的线程数量，那么
它肯定有个上下限阈值，下限很明显就是0，上限呢？ThreadPoolExecutor中CAPACITY就代表了workerCount的上限，它是ThreadPoolExecutor中理论上的最大活跃线程数，其定义如下：

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1. private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;  

        运算过程为1左移29位，也就是00000000 00000000 00000000 00000001 --> 001 0000 00000000 00000000 00000000，再减去1的话，就是 000 11111 11111111 11111111 11111111，前三位代表线程池运行状态runState，所以这里workerCount的理论最大值就应该是29个1，即536870911；

        既然workerCount作为其中一个概念复合在AtomicInteger ctl中，那么ThreadPoolExecutor理应提供从AtomicInteger ctl中解析出workerCount的方法，如下：

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1. private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }  

        计算逻辑很简单，传入的c代表的是ctl的值，即高3位为线程池运行状态runState，低29位为线程池中当前活动的线程数量workerCount，将其与CAPACITY进行与操作&，也就是与000 11111 11111111 11111111 11111111进行与操作，c的前三位通过与000进行与操作，无论c前三位为何值，最终都会变成000，也就是舍弃前三位的值，而c的低29位与29个1进行与操作，c的低29位还是会保持原值，这样就从AtomicInteger ctl中解析出了workerCount的值。
        接下来，我们再看下runState：线程池运行状态，它占据ctl的高3位，有RUNNING、SHUTDOWN、STOP、TIDYING、TERMINATED五种状态。我们先分别解释下这五种状态：

        （1）RUNNING：接受新任务，并处理队列任务

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1. private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;  

        -1在Java底层是由32个1表示的，左移29位的话，即111 00000 00000000 00000000 00000000，也就是低29位全部为0，高3位全部为1的话，表示RUNNING状态，即-536870912；

        （2）SHUTDOWN：不接受新任务，但会处理队列任务

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1. private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;  

        0在Java底层是由32个0表示的，无论左移多少位，还是32个0，即000 00000 00000000 00000000 00000000，也就是低29位全部为0，高3位全部为0的话，表示SHUTDOWN状态，即0；

        （3）STOP：不接受新任务，不会处理队列任务，而且会中断正在处理过程中的任务

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1. private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;  

        1在Java底层是由前面的31个0和1个1组成的，左移29位的话，即001 00000 00000000 00000000 00000000，也就是低29位全部为0，高3位为001的话，表示STOP状态，即536870912；

        （4）TIDYING：所有的任务已结束，workerCount为0，线程过渡到TIDYING状态，将会执行terminated()钩子方法

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1. private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;  

        2在Java底层是由前面的30个0和1个10组成的，左移29位的话，即010 00000 00000000 00000000 00000000，也就是低29位全部为0，高3位为010的话，表示TIDYING状态，即1073741824；

        （5）TERMINATED：terminated()方法已经完成

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1. private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;  

        2在Java底层是由前面的30个0和1个11组成的，左移29位的话，即011 00000 00000000 00000000 00000000，也就是低29位全部为0，高3位为011的话，表示TERMINATED状态，即1610612736；

        由上面我们可以得知，运行状态的值按照RUNNING-->SHUTDOWN-->STOP-->TIDYING-->TERMINATED顺序值是递增的，这些值之间的数值顺序很重要。随着时间的推移，运行状态单调增加，但是不需要经过每个状态。那么，可能存在的线程池状态的转换是什么呢？如下：

        （1）RUNNING -> SHUTDOWN：调用shutdownNow()方法后，或者线程池实现了finalize方法，在里面调用了shutdown方法，即隐式调用；

        （2）(RUNNING or SHUTDOWN) -> STOP：调用shutdownNow()方法后；

        （3）SHUTDOWN -> TIDYING：线程池和队列均为空时；

        （4）STOP -> TIDYING：线程池为空时；

        （5）TIDYING -> TERMINATED：terminated()钩子方法完成时。

        我们再来看下是实现获取运行状态的runStateOf()方法，代码如下：

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1. private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }  

        ~是按位取反的意思，CAPACITY表示的是高位的3个0，和低位的29个1，而~CAPACITY则表示高位的3个1，2低位的9个0，然后再与入参c执行按位与操作，即高3位保持原样，低29位全部设置为0，也就获取了线程池的运行状态runState。

        最后，我们再看下原子变量ctl的初始化方法ctlOf()，代码如下：

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1. private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }  

        很简单，传入的rs表示线程池运行状态runState，其是高3位有值，低29位全部为0的int，而wc则代表线程池中有效线程的数量workerCount，其为高3位全部为0，而低29位有值得int，将runState和workerCount做或操作|处理，即用runState的高3位，workerCount的低29位填充的数字，而默认传入的runState、workerCount分别为RUNNING和0。
        2、BlockingQueue<Runnable> workQueue

        workQueue是用于持有任务并将其转换成工作线程worker的队列；

        3、HashSet<Worker> workers

        workers是包含线程池中所有工作线程worker的集合，仅仅当拥有mainLock锁时才能访问它；

        4、long completedTaskCount

        completedTaskCount是已完成任务的计数器，只有在worker线程的终止，仅仅当拥有mainLock锁时才能访问它；

        5、volatile ThreadFactory threadFactory

        创建新线程的工厂类；

        6、volatile RejectedExecutionHandler handler

        执行过程中shutdown时调用的handler；

        7、volatile long keepAliveTime

        空闲线程等待工作的超时时间（纳秒），即空闲线程存活时间；

        8、volatile boolean allowCoreThreadTimeOut

        默认值为false，如果为false，core线程在空闲时依然存活；如果为true，则core线程等待工作，直到时间超时至keepAliveTime；

        9、volatile int corePoolSize

        核心线程池大小，保持存活的工作线程的最小数目，当小于corePoolSize时，会直接启动新的一个线程来处理任务，而不管线程池中是否有空闲线程；

        10、volatile int maximumPoolSize

        线程池最大大小，也就是线程池中线程的最大数量。