今天來(lái)了一位妹紙面試，我問(wèn)她：線程池中多余的線程是如何回收的？她有點(diǎn)懵~

最近，作為公司的面試官，問(wèn)了不少求職者關(guān)于線程池的問(wèn)題，能回答清楚的還是很少，這里結(jié)合JDK線程池ThreadPoolExecutor的源碼來(lái)寫(xiě)一篇文章，幫助大家梳理一下對(duì)線程池執(zhí)行任務(wù)的流程的理解，實(shí)際上這個(gè)流程也十分通俗易懂，就不再贅述了~

不過(guò)，我倒是對(duì)線程池是如何回收工作線程比較感興趣，所以簡(jiǎn)單分析了一下，加深對(duì)線程池的理解吧。

下面以JDK1.8為例進(jìn)行分析

1. runWorker(Worker w)

工作線程啟動(dòng)后，就進(jìn)入runWorker(Worker w)方法。

里面是一個(gè)while循環(huán)，循環(huán)判斷任務(wù)是否為空，若不為空，執(zhí)行任務(wù)；若取不到任務(wù)，或發(fā)生異常，退出循環(huán)，執(zhí)行processWorkerExit(w, completedAbruptly); 在這個(gè)方法里把工作線程移除掉。

取任務(wù)的來(lái)源有兩個(gè)，一個(gè)是firstTask，這個(gè)是工作線程第一次跑的時(shí)候執(zhí)行的任務(wù)，最多只能執(zhí)行一次，后面得從getTask()方法里取任務(wù)?？磥?lái)，getTask()是關(guān)鍵，在不考慮異常的場(chǎng)景下，返回null，就表示退出循環(huán)，結(jié)束線程。下一步，就得看看，什么情況下getTask()會(huì)返回null。

（篇幅有限，分段截取，省略中間執(zhí)行任務(wù)的步驟）

2. getTask() 返回null

一共有兩種情況會(huì)返回null，見(jiàn)紅框處 。

第一種情況，線程池的狀態(tài)已經(jīng)是STOP，TIDYING, TERMINATED，或者是SHUTDOWN且工作隊(duì)列為空；

第二種情況，工作線程數(shù)已經(jīng)大于最大線程數(shù)或當(dāng)前工作線程已超時(shí)，且，還有其他工作線程或任務(wù)隊(duì)列為空。這點(diǎn)比較難理解，總之先記住，后面會(huì)用。

下面以條件1和條件2分別指代這兩種情況的判斷條件。

3. 分場(chǎng)景分析線程池回收工作線程

3.1 未調(diào)用shutdown() ，RUNNING狀態(tài)下全部任務(wù)執(zhí)行完成的場(chǎng)景

這種場(chǎng)景，會(huì)將工作線程的數(shù)量減少到核心線程數(shù)大?。ㄈ绻緛?lái)就沒(méi)有超過(guò)，則不需要回收）。

比如一個(gè)線程池，核心線程數(shù)為4，最大線程數(shù)為8。一開(kāi)始是4個(gè)工作線程，當(dāng)任務(wù)把任務(wù)隊(duì)列塞滿，就得將工作線程增加到8. 當(dāng)后面任務(wù)執(zhí)行到差不多了，線程取不到任務(wù)了，就會(huì)回收到4個(gè)工作線程的狀態(tài)（取決于allowCoreThreadTimeOut的值，這里討論默認(rèn)值false的情況，即核心線程不會(huì)超時(shí)。如果為true，工作線程可以全部銷毀）。

可以先排除上面提到的條件1，線程池的狀態(tài)已經(jīng)是STOP，TIDYING, TERMINATED，或者是SHUTDOWN且工作隊(duì)列為空。因?yàn)榫€程池一直是RUNNING，這條判斷永遠(yuǎn)是false。在這個(gè)場(chǎng)景中，可以當(dāng)條件1不存在。

下面分析取不出任務(wù)時(shí)線程是怎么運(yùn)行的。

step1. 從任務(wù)隊(duì)列取任務(wù)有兩種方式，超時(shí)等待還是可以一直阻塞下去。決定因素是timed變量。該變量在前面賦值，如果當(dāng)前線程數(shù)大于核心線程數(shù)，變量timed為true, 否則為false（上面說(shuō)了，這里只討論allowCoreThreadTimeOut為false的情況）。很明顯，現(xiàn)在討論的是timed為true的情況。keepAliveTime一般不設(shè)置，默認(rèn)值為0，所以基本上可以認(rèn)為是不阻塞，馬上返回取任務(wù)的結(jié)果。

在線程超時(shí)等待喚醒之后，發(fā)現(xiàn)取不出任務(wù)，timeOut變?yōu)閠rue，進(jìn)入下一次循環(huán)。

step2. 來(lái)到條件1的判斷，線程池一直RUNNING, 不進(jìn)入代碼塊。

step3. 來(lái)到條件2的判斷，這時(shí)任務(wù)隊(duì)列為空，條件成立，CAS減少線程數(shù)，若成功，返回null，否則，重復(fù)step1。

這里要注意，有可能多條線程同時(shí)通過(guò)條件2的判斷，那會(huì)不會(huì)減少后線程的數(shù)量反而比預(yù)想的核心線程數(shù)少呢？

比如當(dāng)前線程數(shù)已經(jīng)只有5條了，此時(shí)有兩條線程同時(shí)喚醒，通過(guò)條件2的判斷，同時(shí)減少數(shù)量，那剩下的線程數(shù)反而只有3條，和預(yù)期不一致。

實(shí)際上是不會(huì)的。為了防止這種情況，compareAndDecrementWorkerCount(c) 用的是CAS方法，如果CAS失敗就continue，進(jìn)入下一輪循環(huán)，重新判斷。

像上述例子，其中一條線程會(huì)CAS失敗，然后重新進(jìn)入循環(huán)，發(fā)現(xiàn)工作線程數(shù)已經(jīng)只有4了，timed為false, 這條線程就不會(huì)被銷毀，可以一直阻塞了（workQueue.take())。

這一點(diǎn)我思考了很久才得出答案，一直在想沒(méi)有加鎖的情況下是怎么保證一定能不多不少回收到核心線程數(shù)的呢。原來(lái)是CAS的奧妙。

從這里也可以看出，雖然有核心線程數(shù)，但線程并沒(méi)有區(qū)分是核心還是非核心，并不是先創(chuàng)建的就是核心，超過(guò)核心線程數(shù)后創(chuàng)建的就是非核心，最終保留哪些線程，完全隨機(jī)。

3.2 調(diào)用shutdown() ，全部任務(wù)執(zhí)行完成的場(chǎng)景

這種場(chǎng)景，無(wú)論是核心線程還是非核心線程，所有工作線程都會(huì)被銷毀。

在調(diào)用shutdown()之后，會(huì)向所有的空閑工作線程發(fā)送中斷信號(hào)。

最終傳入false，調(diào)用下面這個(gè)方法。

發(fā)出中斷信號(hào)的時(shí)候，工作線程要么在getTask()里準(zhǔn)備獲取任務(wù)，要么在執(zhí)行任務(wù)，那就得等它執(zhí)行完當(dāng)前任務(wù)才會(huì)發(fā)出，因?yàn)楣ぷ骶€程在執(zhí)行任務(wù)的時(shí)候，也會(huì)工作線程加鎖。工作線程執(zhí)行完任務(wù)，又跑到getTask()里面去了。

工作線程在getTask()里，有兩種可能。

3.2.1 任務(wù)已全部完成，線程在阻塞等待。

很簡(jiǎn)單，中斷信號(hào)將其喚醒，從而進(jìn)入下一輪循環(huán)。到達(dá)條件1處，符合條件，減少工作線程數(shù)量，并返回null，由外層結(jié)束這條線程。

這里的decrementWorkerCount()是自旋式的，一定會(huì)減1。

3.2.2 任務(wù)還沒(méi)有完全執(zhí)行完

調(diào)用shutdown()之后，未執(zhí)行完的任務(wù)要執(zhí)行完畢，池子才能結(jié)束。所以此時(shí)有可能線程還在工作。

這里又要分兩個(gè)階段討論

階段1 任務(wù)較多，工作線程都能獲得任務(wù)

這里還不涉及到線程退出，可以跳過(guò)不看，只是分析一下收到中斷信號(hào)后線程的表現(xiàn)。

假設(shè)有線程A，正通過(guò)getTask()里獲取任務(wù)。此時(shí)A被中斷，在獲取任務(wù)時(shí)，無(wú)論是poll()還是take()，都會(huì)拋出中斷異常。異常被捕獲，重新進(jìn)入下一輪循環(huán)，只要隊(duì)列不為空，就可以繼續(xù)取任務(wù)。

線程A被中斷，再次取任務(wù)，調(diào)用workQueue.poll() or workQueue.take()，不會(huì)拋出異常嗎？還可以正常取出任務(wù)嗎？

這就要看workQueue的實(shí)現(xiàn)了。workQueue是BlockingQueue類型，以常見(jiàn)的LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue為例，加鎖時(shí)都是調(diào)用lockInterruptibly()，是響應(yīng)中斷的。該方法又調(diào)用了AQS的acquireInterruptibly(int arg)。

acquireInterruptibly(int arg)，無(wú)論是在入口處判斷中斷異常，還是在parkAndCheckInterrupt()方法阻塞，被中斷喚醒并判斷中斷異常時(shí)，均使用了Thread.interrupted()。這個(gè)方法會(huì)返回線程的中斷狀態(tài)，并把中斷狀態(tài)重置！也就是說(shuō)，線程不再是中斷狀態(tài)了，這樣在再次取任務(wù)時(shí)，就不會(huì)報(bào)錯(cuò)了。

因此，這對(duì)于正在準(zhǔn)備取任務(wù)的線程，只是相當(dāng)于浪費(fèi)了一次循環(huán)，這可能是線程中斷帶來(lái)的副作用吧，當(dāng)然，對(duì)整體的運(yùn)行不影響。

分析到這里，我不禁感嘆，這里BlockingQueue剛好是會(huì)重置中斷狀態(tài)，這到底是怎么想出來(lái)的絕妙設(shè)計(jì)??？Doug Lea大神Orz.

階段2 任務(wù)剛好要執(zhí)行完了

這時(shí)任務(wù)已經(jīng)快取完了，比如有4條工作線程，只剩下2個(gè)任務(wù)，那就可能出現(xiàn)2條線程獲得任務(wù)，2條線程阻塞。

因?yàn)樵讷@取任務(wù)前的判斷，沒(méi)有加鎖，那么會(huì)不會(huì)出現(xiàn)，所有線程都通過(guò)了前面的校驗(yàn)，來(lái)到workQueue獲取任務(wù)的地方，剛好任務(wù)隊(duì)列已經(jīng)空了，線程全部阻塞了呢？因?yàn)閟hutdown() 已經(jīng)執(zhí)行完畢，無(wú)法再向線程發(fā)出中斷信號(hào)，從而線程一直在阻塞，無(wú)法被回收。

這種是不會(huì)發(fā)生的。

假設(shè)有A,B,C,D四條工作線程，同時(shí)通過(guò)了條件1和條件2的判斷，來(lái)到取任務(wù)的地方。那么，工作隊(duì)列至少還有一個(gè)任務(wù)，至少會(huì)有一條線程能取到任務(wù)。

假設(shè)A，B獲得了任務(wù)，C,D阻塞。

A, B接下來(lái)的步驟是：

step1.任務(wù)執(zhí)行完成后，再次getTask()，此時(shí)符合條件1，返回null，線程準(zhǔn)備被回收。

step2.processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly) 將線程回收。

回收就只是把線程干掉這么簡(jiǎn)單嗎？來(lái)看看processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly) 的方法。

可以看到，在里面除了workers.remove(w) 移除線，還調(diào)用了tryTerminate()。

第一個(gè)判斷條件沒(méi)有一個(gè)子條件符合，跳過(guò)。第二個(gè)條件，工作線程還存在，那么隨機(jī)中斷一條空閑線程。

那么問(wèn)題就來(lái)了，中斷一條空閑線程，也沒(méi)說(shuō)是一定中斷正在阻塞的線程啊。如果A, B同時(shí)退出，有沒(méi)有可能出現(xiàn)A中斷B, B中斷A，AB互相中斷，從而沒(méi)有線程去中斷喚醒阻塞的線程呢？

答案仍然是，想多了……

假設(shè)A能走到這里，說(shuō)明A已經(jīng)從工作線程的集合workers里面移除了（processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly) 在tryTerminate()之前，已經(jīng)將其移除）。那么A中斷B，B來(lái)到這里中斷，就不會(huì)在workers里面找到A了。

也就是說(shuō)，退出的線程不能互相中斷，我從集合中退出后，中斷了你，你不能中斷我，因?yàn)槲乙呀?jīng)退出集合，你只能中斷別人。那么，即使有N個(gè)線程同時(shí)退出，至少在最后，也會(huì)有一條線程，會(huì)中斷剩余的阻塞線程。

就像多米諾骨牌一樣，中斷信號(hào)就會(huì)被傳播下去。

阻塞的C，D中的任意一條被中斷喚醒后，又會(huì)重復(fù)step1的動(dòng)作，周而復(fù)始，直到所有阻塞線程都被中斷，喚醒。

這也是為什么在tryTerminate()里面，傳入false，只需要中斷任意一條空閑線程的原因。

想到這里，再次對(duì)Doug Lea心生欽敬（粵語(yǔ)）之情。這設(shè)計(jì)得也太妙了叭。

4. 總結(jié)

ThreadPoolExecutor回收工作線程，一條線程getTask()返回null，就會(huì)被回收。

分兩種場(chǎng)景。

線程數(shù)量大于corePoolSize，線程超時(shí)阻塞，超時(shí)喚醒后CAS減少工作線程數(shù)，如果CAS成功，返回null，線程回收。否則進(jìn)入下一次循環(huán)。當(dāng)工作者線程數(shù)量小于等于corePoolSize，就可以一直阻塞了。

shutdown() 會(huì)向所有線程發(fā)出中斷信號(hào)，這時(shí)有兩種可能。

2.1）所有線程都在阻塞

中斷喚醒，進(jìn)入循環(huán)，都符合第一個(gè)if判斷條件，都返回null，所有線程回收。

2.2）任務(wù)還沒(méi)有完全執(zhí)行完

至少會(huì)有一條線程被回收。在processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly)方法里會(huì)調(diào)用tryTerminate()，向任意空閑線程發(fā)出中斷信號(hào)。所有被阻塞的線程，最終都會(huì)被一個(gè)個(gè)喚醒，回收。

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