Java 線程池核心組件 ThreadPoolExecutor 深度解析

一、線程池執行流程

調用 execute(Runnable command) 提交任務時，處理邏輯如下：

1. 若當前線程數 < 核心線程數（corePoolSize），創建新線程執行任務。
2. 若當前線程數 ≥ corePoolSize，任務入隊阻塞隊列（BlockingQueue）。
3. 若隊列已滿且線程數 < 最大線程數（maximumPoolSize），創建新線程執行任務。
4. 若隊列滿且線程數達上限，觸發拒絕策略。

二、四種內置拒絕策略

三、核心源碼解析

1. 狀態與線程數打包

ThreadPoolExecutor 使用 AtomicInteger ctl 將「線程池狀態」（高 3 位）與「工作線程數」（低 29 位）打包存儲：

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3; // 29
private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;

// 狀態常量（高 3 位）
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;

2. execute() 核心邏輯

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null) throw new NullPointerException();
    int c = ctl.get();
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true)) return;
        c = ctl.get();
    }
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();
        if (!isRunning(recheck) && remove(command)) reject(command);
        else if (workerCountOf(recheck) == 0) addWorker(null, false);
    } else if (!addWorker(command, false)) {
        reject(command);
    }
}

3. addWorker() 關鍵步驟

• 雙重檢查線程池狀態與線程數上限。
• 使用 CAS 增加工作線程計數。
• 持有 mainLock 將 Worker 加入 HashSet workers。
• 啟動線程執行任務。

4. Worker 任務執行循環

final void runWorker(Worker w) {
    Thread wt = Thread.currentThread();
    Runnable task = w.firstTask;
    w.firstTask = null;
    w.unlock();
    boolean completedAbruptly = true;
    try {
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {
            w.lock();
            try {
                beforeExecute(wt, task);
                task.run();
                afterExecute(task, null);
            } finally {
                task = null;
                w.completedTasks++;
                w.unlock();
            }
        }
        completedAbruptly = false;
    } finally {
        processWorkerExit(w, completedAbruptly);
    }
}

四、常用工廠方法創建的線程池

五、BlockingQueue 核心操作