概述

• RUNNING: 接收新任务和处理队列中的任务
• SHUTDOWN: 不接收新任务，可以处理队列中的任务
• STOP: 不接收新任务，也不处理队列中的任务，中断正在处理的任务
• TIDYING: 线程都退出了，队列也是空的，进入这个状态
• TERMINATED: terminated() 被调用后进入这个状态

    /**
     * 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) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        /*
         * Proceed in 3 steps:
         *
         * 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to
         * start a new thread with the given command as its first
         * task.  The call to addWorker atomically checks runState and
         * workerCount, and so prevents false alarms that would add
         * threads when it shouldn't, by returning false.
         *
         * 2. If a task can be successfully queued, then we still need
         * to double-check whether we should have added a thread
         * (because existing ones died since last checking) or that
         * the pool shut down since entry into this method. So we
         * recheck state and if necessary roll back the enqueuing if
         * stopped, or start a new thread if there are none.
         *
         * 3. If we cannot queue task, then we try to add a new
         * thread.  If it fails, we know we are shut down or saturated
         * and so reject the task.
         */
        int c = ctl.get();
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }
        //只有RUNNING状态才可以向队列添加任务
        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);
    }

    /**
     * Checks if a new worker can be added with respect to current
     * pool state and the given bound (either core or maximum). If so,
     * the worker count is adjusted accordingly, and, if possible, a
     * new worker is created and started, running firstTask as its
     * first task. This method returns false if the pool is stopped or
     * eligible to shut down. It also returns false if the thread
     * factory fails to create a thread when asked.  If the thread
     * creation fails, either due to the thread factory returning
     * null, or due to an exception (typically OutOfMemoryError in
     * Thread.start()), we roll back cleanly.
     *
     * @param firstTask the task the new thread should run first (or
     * null if none). Workers are created with an initial first task
     * (in method execute()) to bypass queuing when there are fewer
     * than corePoolSize threads (in which case we always start one),
     * or when the queue is full (in which case we must bypass queue).
     * Initially idle threads are usually created via
     * prestartCoreThread or to replace other dying workers.
     *
     * @param core if true use corePoolSize as bound, else
     * maximumPoolSize. (A boolean indicator is used here rather than a
     * value to ensure reads of fresh values after checking other pool
     * state).
     * @return true if successful
     */
    private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
        retry:
        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            int rs = runStateOf(c);

            // Check if queue empty only if necessary.
            if (rs >= SHUTDOWN &&
                ! (rs == SHUTDOWN &&
                   firstTask == null &&
                   ! workQueue.isEmpty()))
                return false;

            for (;;) {
                int wc = workerCountOf(c);
                if (wc >= CAPACITY ||
                    wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                    return false;
                if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                    break retry;
                c = ctl.get();  // Re-read ctl
                if (runStateOf(c) != rs)
                    continue retry;
                // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
            }
        }

        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) {
                    t.start();
                    workerStarted = true;
                }
            }
        } finally {
            if (! workerStarted)
                addWorkerFailed(w);
        }
        return workerStarted;
    }

1. 不需要同步执行的代码就不要同步执行，可以减少线程对monitor lock的占用时间，全局锁mainLock在关闭线程池（shutdown/shutdownNow）的时候也需要，所以检查线程状态和向workers添加Worker是需要同步执行的，启动线程不用同步执行；

2. try{ }finally{ } 可以在finally中执行必须要执行的代码。

/**
     * Main worker run loop.  Repeatedly gets tasks from queue and
     * executes them, while coping with a number of issues:
     *
     * 1. We may start out（一开始） with an initial task, in which case we
     * don't need to get the first one. Otherwise, as long as(只要) pool is
     * running, we get tasks from getTask. If it returns null then the
     * worker exits due to（由于） changed pool state or configuration
     * parameters.  Other exits result from exception throws in
     * external code, in which case completedAbruptly（突然） holds, which
     * usually leads processWorkerExit to replace this thread.
     *
     * 2. Before running any task, the lock is acquired to prevent
     * other pool interrupts while the task is executing, and then we
     * ensure that unless pool is stopping, this thread does not have
     * its interrupt set.
     *
     * 3. Each task run is preceded by a call to beforeExecute, which
     * might throw an exception, in which case we cause thread to die
     * (breaking loop with completedAbruptly true) without processing
     * the task.
     *
     * 对异常和错误处理的说明
     * 4. Assuming beforeExecute completes normally, we run the task,
     * gathering any of its thrown exceptions to send to afterExecute.
     * We separately handle RuntimeException, Error (both of which the
     * specs guarantee that we trap) and arbitrary Throwables.
     * Because we cannot rethrow Throwables within Runnable.run, we
     * wrap them within Errors on the way out (to the thread's
     * UncaughtExceptionHandler).  Any thrown exception also
     * conservatively causes thread to die.
     *
     * 5. After task.run completes, we call afterExecute, which may
     * also throw an exception, which will also cause thread to
     * die. According to JLS Sec 14.20, this exception is the one that
     * will be in effect even if task.run throws.
     *
     * The net effect of the exception mechanics is that afterExecute
     * and the thread's UncaughtExceptionHandler have as accurate
     * information as we can provide about any problems encountered by
     * user code.
     *
     * @param w the worker
     */
    final void runWorker(Worker w) {
        Thread wt = Thread.currentThread();
        Runnable task = w.firstTask;
        w.firstTask = null;
        /**
         这块调用unlock其实不是为了解锁，而是让AQS的state变成0，让线程可以进行中断。
         Worker继承自AQS，在实例化的时候，state被设置成了-1。看看Worker的interruptIfStarted方法，state等于-1时是不能线程进行中断的。
         也就是说，线程刚启动，还没执行到runWorker方法，ThreadPoolExecutor就调用了shutdownNow（线程池进入了STOP状态，会调用Worker的interruptIfStarted），这个线程是不能被中断的。
         shutdown方法会让线程进入SHUTDOWN状态，中断空闲的线程，能获取Worker锁的线程是空闲线程(正在getTask获取任务中的线程)，Worker的state -1时，是不能获取锁的。

         总结一下，线程启动没执行到此处时，shutdown和shutdownNow方法都是不能中断此线程的
        */
        w.unlock(); // allow interrupts
        boolean completedAbruptly = true;
        try {
            //一个循环从队列中不断获取任务执行
            while (task != null || (task = getTask()) != null) {
                w.lock(); //这块加锁不是因为并发，而是为了控制线程能否中断
                // 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
                //这块保证执行真正任务前，如果线程池是STOP状态线程要中断，如果线程池是小于STOP状态也就是RUNNING或SHUTDOWN状态线程是非中断的
                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 {
                    task = null;
                    w.completedTasks++;
                    w.unlock();
                }
            }
            completedAbruptly = false;
        } finally {
            processWorkerExit(w, completedAbruptly);
        }
    }

    /**
     * Performs blocking or timed wait for a task, depending on
     * current configuration settings, or returns null if this worker
     * must exit because of any of:
     * 1. There are more than maximumPoolSize workers (due to
     *    a call to setMaximumPoolSize).
     * 2. The pool is stopped.
     * 3. The pool is shutdown and the queue is empty.
     * 4. This worker timed out waiting for a task, and timed-out
     *    workers are subject to（屈服） termination (that is,
     *    {@code allowCoreThreadTimeOut || workerCount > corePoolSize})
     *    both before and after the timed wait, and if the queue is
     *    non-empty, this worker is not the last thread in the pool.
     *
     * @return task, or null if the worker must exit, in which case
     *         workerCount is decremented
     */
    private Runnable getTask() {
        boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out? 最后一次poll是否超时

        //这块的循环一方面是业务逻辑需要，另一方面是CAS重试需要
        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            int rs = runStateOf(c);

            /**
             * 状态检查
             * 
             * 线程池STOP状态或（线程池SHUTDOWN状态且队列空）时，Worker的数量减1，返回null
             * 到getTask的调用处runWorker看一下，返回null会让线程退出的
             * 也就是说线程池STOP状态或（线程池SHUTDOWN状态且队列空）时，线程最终是要退出的
             */
            // Check if queue empty only if necessary.
            if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
                decrementWorkerCount();
                return null;
            }

            int wc = workerCountOf(c);

            //timed表示是否需要超时等待阻塞控制
            //设置了核心线程允许超时（默认是false）或者当前线程数大于核心线程数，表示需要进行超时控制
            // Are workers subject to culling（淘汰）? 
            boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;

            /**
             * 这块有点难理解，需要和下面代码结合理解。目的是控制线程池的有效线程数量
             * 能执行到这里说明线程池状态是验证通过的
             * wc > maximumPoolSize的情况是因为可能在此方法执行阶段同时执行了setMaximumPoolSize方法；
             * timed是true表示当前线程需要进行超时控制，timeout是true表示上次从阻塞队列中获取任务超时了，并且（当前线程数大于1或者队列为空）时，线程数量尝试减1，如果减1是失败了返回重试，如果成功了返回null
             * 
             * 这是啥意思呢？？？？？？？？我们需要耐心仔细分析一下
             * 首先说明的是，能执行到这块说明，线程池状态是RUNNING或（SHUTDOWN且队列不为空的），
             * 看timed是否为true，如果不为true，说明当前线程已经是核心线程了，不需要超时控制，死等队列返回任务，
             * 如果timed为true，说明当前线程是非核心线程，还得看当前线程上次是否等待任务超时了，如果超时了，还得继续看，如果线程数量大于1，那么线程数量减1；如果没有超时，跳过这个判断，下面进行超时控制。
             * 也就是说，核心线程数不为0的话，会把非核心线程都退出的，核心线程是0的话，保留一个非核心线程，处理队列中的任务，队列空的时候这个非核心线程也得退出
             */
            if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
                && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
                if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
                    return null;
                continue;
            }

            try {
                //如果线程数大于核心线程数，采用poll超时阻塞
                //如果线程数大于核心线程数，采用take阻塞直到获取任务
                Runnable r = timed ?
                    workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
                    workQueue.take();
                if (r != null)
                    return r;
                timedOut = true;
            } catch (InterruptedException retry) {
                //获取任务时当前线程被中断了，设置timedOut为false返回循环重试
                //从这个用法，我们也知道，线程被中断不等于就要退出线程，具体需要根据处理逻辑来决定
                timedOut = false;
            }
        }
    }

    /**
     * Performs cleanup and bookkeeping for a dying worker. Called
     * only from worker threads. Unless completedAbruptly is set,
     * assumes that workerCount has already been adjusted to account
     * for exit.  This method removes thread from worker set, and
     * possibly terminates the pool or replaces the worker if either
     * it exited due to user task exception or if fewer than
     * corePoolSize workers are running or queue is non-empty but
     * there are no workers.
     * 上面的注释已经解释清楚了这个方法的作用
     * @param w the worker
     * @param completedAbruptly if the worker died due to user exception
     */
    private void processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly) {
        /**
         * completedAbruptly true说明是执行任务发生了异常，这块需要把线程数量减1
         * completedAbruptly false，说明是getTask返回了null，在getTask里已经把线程数量减1了
         */
        if (completedAbruptly) // If abrupt, then workerCount wasn't adjusted
            decrementWorkerCount();

        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        //操作workers是需要获取全局锁的
        mainLock.lock();
        try {
            completedTaskCount += w.completedTasks;
            //把线程从workers set中移除
            workers.remove(w);
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        //尝试去中止线程池
        tryTerminate();

        /**
         * 下面这段代码就不太好理解了
         */
        int c = ctl.get();
        //线程池状态是RUNNING或者SHUTDOWN的时候
        if (runStateLessThan(c, STOP)) {
            //线程正常退出
            if (!completedAbruptly) {
                //allowCoreThreadTimeOut true的时候需要保留的最少线程数是0，false是时候需要保留的最少线程数是corePoolSize；corePoolSize也可能是0
                int min = allowCoreThreadTimeOut ? 0 : corePoolSize;
                //但是，保留的线程数最小是0时，是不对的，还需要看看队列是否为空，队列不为空，至少要保留一个线程执行任务，因为是RUNNIG或SHUTDOWN状态
                if (min == 0 && ! workQueue.isEmpty())
                    min = 1;
                //当前线程数量大于等于min时，不做任何处理；否则，重启一个新线程
                if (workerCountOf(c) >= min)
                    return; // replacement not needed
            }
            //（1）线程异常退出，重启一个新线程
            // (2) 当前线程数量小于需要保留的最小线程数时，重启一个新线程
            /**
             * 但是，我们会发现一个问题：
             * 线程池是SHUTDOWN状态，corePoolSize是3，workerCountOf(c)等于2时，workQueue为空了，难道这时也得重启一个新线程吗？
             * 肯定是不需要的，SHUTDOWN状态的线程池，最终是要销毁所有线程的。
             * addWorker中处理了这种情况，这种情况调用addWorker是直接返回false的，具体看addWorker的源码
             */
            addWorker(null, false);
        }
    }

    /**
     * Transitions to TERMINATED state if either (SHUTDOWN and pool
     * and queue empty) or (STOP and pool empty).  If otherwise
     * eligible to terminate but workerCount is nonzero, interrupts an
     * idle worker to ensure that shutdown signals propagate. This
     * method must be called following any action that might make
     * termination possible -- reducing worker count or removing tasks
     * from the queue during shutdown. The method is non-private to
     * allow access from ScheduledThreadPoolExecutor.
     */
    final void tryTerminate() {
        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            /**
             * RUNNING状态，不能中止
             * TIDYING或TERMINATED状态，没有必要中止，因为正在中止
             * SHUTDONW状态，队列不为空，不能中止
             */
            if (isRunning(c) ||
                runStateAtLeast(c, TIDYING) ||
                (runStateOf(c) == SHUTDOWN && ! workQueue.isEmpty()))
                return;
            /**
             * STOP状态
             * SHUTDOWN状态队列为空
             * 是有资格中止的，可是当前线程数不为0，也不行，中断一个空闲线程，这里不是很明白
             */
            if (workerCountOf(c) != 0) { // Eligible to terminate
                interruptIdleWorkers(ONLY_ONE);
                return;
            }

            final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
            mainLock.lock();
            try {
                //这块就很好理解了，状态更新成TIDYING
                if (ctl.compareAndSet(c, ctlOf(TIDYING, 0))) {
                    try {
                        terminated();
                    } finally {
                        //状态更新成TERMINATED
                        ctl.set(ctlOf(TERMINATED, 0));
                        termination.signalAll();
                    }
                    return;
                }
            } finally {
                mainLock.unlock();
            }
            // else retry on failed CAS
        }

    /**
     * Initiates an orderly shutdown in which previously submitted
     * tasks are executed, but no new tasks will be accepted.
     * Invocation has no additional effect if already shut down.
     *
     * <p>This method does not wait for previously submitted tasks to
     * complete execution.  Use {@link #awaitTermination awaitTermination}
     * to do that.
     */
    // android-note: Removed @throws SecurityException
    public void shutdown() {
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            checkShutdownAccess();
            //乐观锁设置成SHUTDOWN状态
            advanceRunState(SHUTDOWN);
            //中断空闲线程
            interruptIdleWorkers();
            onShutdown(); // hook for ScheduledThreadPoolExecutor
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        tryTerminate();
    }


    /**
     * Common form of interruptIdleWorkers, to avoid having to
     * remember what the boolean argument means.
     */
    private void interruptIdleWorkers() {
        interruptIdleWorkers(false);
    }

    /**
     * Interrupts threads that might be waiting for tasks (as
     * indicated by not being locked) so they can check for
     * termination or configuration changes. Ignores
     * SecurityExceptions (in which case some threads may remain
     * uninterrupted).
     *
     * @param onlyOne If true, interrupt at most one worker. This is
     * called only from tryTerminate when termination is otherwise
     * enabled but there are still other workers.  In this case, at
     * most one waiting worker is interrupted to propagate shutdown
     * signals in case all threads are currently waiting.
     * Interrupting any arbitrary thread ensures that newly arriving
     * workers since shutdown began will also eventually exit.
     * To guarantee eventual termination, it suffices to always
     * interrupt only one idle worker, but shutdown() interrupts all
     * idle workers so that redundant workers exit promptly, not
     * waiting for a straggler task to finish.
     */
    private void interruptIdleWorkers(boolean onlyOne) {
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            for (Worker w : workers) {
                Thread t = w.thread;
                if (!t.isInterrupted() && w.tryLock()) {
                    try {
                        t.interrupt();
                    } catch (SecurityException ignore) {
                    } finally {
                        w.unlock();
                    }
                }
                if (onlyOne)
                    break;
            }
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
    }

    /**
     * Attempts to stop all actively executing tasks, halts the
     * processing of waiting tasks, and returns a list of the tasks
     * that were awaiting execution. These tasks are drained (removed)
     * from the task queue upon return from this method.
     *
     * <p>This method does not wait for actively executing tasks to
     * terminate.  Use {@link #awaitTermination awaitTermination} to
     * do that.
     *
     * <p>There are no guarantees beyond best-effort attempts to stop
     * processing actively executing tasks.  This implementation
     * interrupts tasks via {@link Thread#interrupt}; any task that
     * fails to respond to interrupts may never terminate.
     */
    // android-note: Removed @throws SecurityException
    public List<Runnable> shutdownNow() {
        List<Runnable> tasks;
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            checkShutdownAccess();
            advanceRunState(STOP);
            //中断所有线程
            interruptWorkers();
            //移除队列中剩余的任务
            tasks = drainQueue();
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        tryTerminate();
        return tasks;
    }

    /**
     * Interrupts all threads, even if active. Ignores SecurityExceptions
     * (in which case some threads may remain uninterrupted).
     */
    private void interruptWorkers() {
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            for (Worker w : workers)
                w.interruptIfStarted();
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
    }

为啥每个任务执行的时候都需要上锁呢？

 例一 

 例子二 

  final ThreadPoolExecutor executorService =
      new ThreadPoolExecutor(0, 1, 60L, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
            new DiskLruCacheThreadFactory());

  /**
   * A {@link java.util.concurrent.ThreadFactory} that builds a thread with a specific thread name
   * and with minimum priority.
   */
  private static final class DiskLruCacheThreadFactory implements ThreadFactory {
    @Override
    public synchronized Thread newThread(Runnable runnable) {
      Thread result = new Thread(runnable, "glide-disk-lru-cache-thread");
      result.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
      return result;
    }
  }

深度解读 java 线程池设计思想及源码实现

https://juejin.im/entry/6844903494223151112

深入理解Java线程池：ThreadPoolExecutor

http://ideabuffer.cn/2017/04/04/%E6%B7%B1%E5%85%A5%E7%90%86%E8%A7%A3Java%E7%BA%BF%E7%A8%8B%E6%B1%A0%EF%BC%9AThreadPoolExecutor/

Java线程池ThreadPoolExecutor使用和分析(二) - execute()原理

http://ideabuffer.cn/2017/04/04/%E6%B7%B1%E5%85%A5%E7%90%86%E8%A7%A3Java%E7%BA%BF%E7%A8%8B%E6%B1%A0%EF%BC%9AThreadPoolExecutor/

[Java并发（三）线程池原理](https://www.cnblogs.com/warehouse/p/10720781.html)

[Java线程池ThreadPoolExecutor使用和分析(二) - execute()原理](https://www.cnblogs.com/trust-freedom/p/6681948.html#label_3_4)

[synchronized 是可重入锁吗？为什么？](https://www.cnblogs.com/incognitor/p/9894604.html)

[一文彻底理解ReentrantLock可重入锁的使用](https://baijiahao.baidu.com/s?id=1648624077736116382&wfr=spider&for=pc)

[Thread的中断机制(interrupt)](https://www.cnblogs.com/onlywujun/p/3565082.html)

[Doug Lea并发编程文章全部译文](http://ifeve.com/doug-lea/)

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