FutureTask

Runnable 的 void run() 方法是没有返回值的，所以如果我们需要返回值的话，会在 submit 中指定第二个参数作为返回值：

<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);

其实这两个参数会被包装成 Callable。它和 Runnable 的区别在于 run() 没有返回值，而 Callable 的 call() 方法有返回值，同时，如果运行出现异常call() 方法会抛出异常。

public interface Callable<V> {
 
    V call() throws Exception;
}

FutureTask 通过 RunnableFuture 间接实现了 Runnable 接口，所以每个 Runnable 通常都先包装成 FutureTask，然后调用 executor.execute(Runnable　command) 将其提交给线程池 。引入此类是为了将提交的每个任务包装为Runable，ThreadPoolExecutor下的内部类Worker才是线程。

Executor

/**
 * 只有提交任务的方法
 */
void execute(Runnable command);

ExecutorService

在Executor的基础上提供了一系列的方法，关闭线程池，提交有返回值的任务，批量执行任务等

public interface ExecutorService extends Executor {
 
    // 关闭线程池，已提交的任务继续执行，不接受继续提交新任务
    void shutdown();
 
    // 关闭线程池，尝试停止正在执行的所有任务，不接受继续提交新任务
    List<Runnable> shutdownNow();
 
    // 线程池是否已关闭
    boolean isShutdown();
 
    // 如果调用了 shutdown() 或 shutdownNow() 方法后，所有任务结束了，那么返回true
    boolean isTerminated();
 
    // 等待所有任务完成，并设置超时时间
    boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException;
 
    // 提交一个 Callable 任务
    <T> Future<T> submit(Callable<T> task);
 
    // 提交一个 Runnable 任务，第二个参数将会放到 Future 中，作为返回值，
    // 因为 Runnable 的 run 方法本身并不返回任何东西
    <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
 
    // 提交一个 Runnable 任务
    Future<?> submit(Runnable task);
 
    // 执行所有任务，返回 Future 类型的一个 list
    <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
            throws InterruptedException;
 
    // 也是执行所有任务，但是这里设置了超时时间
    <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                                  long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException;
 
    // 只有其中的一个任务结束了，就可以返回，返回执行完的那个任务的结果
    <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
            throws InterruptedException, ExecutionException;
 
    // 同上一个方法，只有其中的一个任务结束了，就可以返回，返回执行完的那个任务的结果，
    // 不过这个带超时，超过指定的时间，抛出 TimeoutException 异常
    <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                    long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

AbstractExecutorService

public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService {
 
    // RunnableFuture 是用于获取执行结果的，我们常用它的子类 FutureTask
    // 下面两个 newTaskFor 方法用于将我们的任务包装成 FutureTask 提交到线程池中执行
    protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) {
        return new FutureTask<T>(runnable, value);
    }
 
    protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {
        return new FutureTask<T>(callable);
    }
 
    // 提交任务
    public Future<?> submit(Runnable task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        // 1. 将任务包装成 FutureTask
        RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
        // 2. 交给执行器执行，execute 方法由具体的子类来实现
        execute(ftask);
        return ftask;
    }
 
    public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task, result);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }
 
    public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }
 
    // 此方法目的：将 tasks 集合中的任务提交到线程池执行，任意一个线程执行完后就可以结束了
    // 第二个参数 timed 代表是否设置超时机制，超时时间为第三个参数，
    // 如果 timed 为 true，同时超时了还没有一个线程返回结果，那么抛出 TimeoutException 异常
    private <T> T doInvokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                            boolean timed, long nanos)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
        if (tasks == null)
            throw new NullPointerException();
        // 任务数
        int ntasks = tasks.size();
        if (ntasks == 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        List<Future<T>> futures= new ArrayList<Future<T>>(ntasks);
 
        ExecutorCompletionService<T> ecs =
            new ExecutorCompletionService<T>(this);
        try {
            // 用于保存异常信息，此方法如果没有得到任何有效的结果，那么我们可以抛出最后得到的一个异常
            ExecutionException ee = null;
            long lastTime = timed ? System.nanoTime() : 0;
            Iterator<? extends Callable<T>> it = tasks.iterator();
 
            // 首先先提交一个任务，后面的任务到下面的 for 循环一个个提交
            futures.add(ecs.submit(it.next()));
            // 提交了一个任务，所以任务数量减 1
            --ntasks;
            // 正在执行的任务数(提交的时候 +1，任务结束的时候 -1)
            int active = 1;
 
            for (;;) {
                // BlockingQueue 的 poll 方法不阻塞，返回 null 代表队列为空
                Future<T> f = ecs.poll();
                // 为 null，说明刚刚提交的第一个线程还没有执行完成
                if (f == null) {
                    if (ntasks > 0) {
                        --ntasks;
                        futures.add(ecs.submit(it.next()));
                        ++active;
                    }
                    // 任务全部执行失败
                    else if (active == 0)
                        break;
                    //没有任务了，但是设置了超时时间，这里检测是否超时
                    else if (timed) {
                        // 带等待的 poll 方法
                        f = ecs.poll(nanos, TimeUnit.NANOSECONDS);
                        // 如果已经超时，抛出 TimeoutException 异常，这整个方法就结束了
                        if (f == null)
                            throw new TimeoutException();
                        long now = System.nanoTime();
                        nanos -= now - lastTime;
                        lastTime = now;
                    }
                    // 这里说明没有任务需要提交，但是池中的任务没有完成，还没有超时(如果设置了超时)
                    // take() 方法会阻塞，直到有元素返回，说明有任务结束了
                    else
                        f = ecs.take();
                }
                // 有任务结束了
                if (f != null) {
                    --active;
                    try {
                        // 返回执行结果，如果有异常，都包装成 ExecutionException
                        return f.get();
                    } catch (ExecutionException eex) {
                        ee = eex;
                    } catch (RuntimeException rex) {
                        ee = new ExecutionException(rex);
                    }
                }
            }
            if (ee == null)
                ee = new ExecutionException();
            throw ee;
 
        } finally {
            // 方法退出之前，取消其他的任务
            for (Future<T> f : futures)
                f.cancel(true);
        }
    }
    public <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
        throws InterruptedException, ExecutionException {
        try {
            return doInvokeAny(tasks, false, 0);
        } catch (TimeoutException cannotHappen) {
            assert false;
            return null;
        }
    }
 
    public <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                           long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
        return doInvokeAny(tasks, true, unit.toNanos(timeout));
    }
 
    // 执行所有的任务，返回任务结果。
    public <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
        throws InterruptedException {
        if (tasks == null)
            throw new NullPointerException();
        List<Future<T>> futures = new ArrayList<Future<T>>(tasks.size());
        boolean done = false;
        try {
            for (Callable<T> t : tasks) {
                // 包装成 FutureTask
                RunnableFuture<T> f = newTaskFor(t);
                futures.add(f);
                // 提交任务
                execute(f);
            }
            for (Future<T> f : futures) {
                if (!f.isDone()) {
                    try {
                        // 这是一个阻塞方法，直到获取到值，或抛出了异常
                        f.get();
                    } catch (CancellationException ignore) {
                    } catch (ExecutionException ignore) {
                    }
                }
            }
            done = true;
            return futures;
        } finally {
            //　处理异常情况
            if (!done)
                for (Future<T> f : futures)
                    f.cancel(true);
        }
    }
 
    public <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                                         long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException {
        if (tasks == null || unit == null)
            throw new NullPointerException();
        long nanos = unit.toNanos(timeout);
        List<Future<T>> futures = new ArrayList<Future<T>>(tasks.size());
        boolean done = false;
        try {
            for (Callable<T> t : tasks)
                futures.add(newTaskFor(t));
 
            long lastTime = System.nanoTime();
 
            Iterator<Future<T>> it = futures.iterator();
            // 每提交一个任务，检测一次是否超时
            while (it.hasNext()) {
                execute((Runnable)(it.next()));
                long now = System.nanoTime();
                nanos -= now - lastTime;
                lastTime = now;
                // 超时
                if (nanos <= 0)
                    return futures;
            }
 
            for (Future<T> f : futures) {
                if (!f.isDone()) {
                    if (nanos <= 0)
                        return futures;
                    try {
                        // 调用带超时的 get 方法，这里的参数 nanos 是剩余的时间，
                        f.get(nanos, TimeUnit.NANOSECONDS);
                    } catch (CancellationException ignore) {
                    } catch (ExecutionException ignore) {
                    } catch (TimeoutException toe) {
                        return futures;
                    }
                    long now = System.nanoTime();
                    nanos -= now - lastTime;
                    lastTime = now;
                }
            }
            done = true;
            return futures;
        } finally {
            if (!done)
                for (Future<T> f : futures)
                    f.cancel(true);
        }
    }
 
}

ThreadPoolExecutor

构造方法：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             threadFactory, defaultHandler);
}
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), handler);
}
//corePoolSize：核心线程数
//maximumPoolSize：最大线程数
//keepAliveTime:空闲时间
//unit：时间单位
//workQueue：任务队列
//threadFactory：任务工厂
//handler：拒绝策略
//如果线程数达到corePoolSize，任务会提交到等待队列中，等待线程池中的线程来取任务并执行。
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.acc = System.getSecurityManager() == null ?
                null :
                AccessController.getContext();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
}

主要属性：

• corePoolSize

核心线程数

• maximumPoolSize

最大线程数，线程池允许创建的最大线程数

• workQueue

任务队列，BlockingQueue 接口的某个实现

• keepAliveTime

空闲线程的存活时间，如果某线程的空闲时间超过这个值都没有任务给它做，那么可以被关闭了。注意这个值并不会对所有线程起作用，如果线程池中的线程数少于等于核心线程数 corePoolSize，那么这些线程不会因为空闲太长时间而被关闭，当然，也可以通过调用 allowCoreThreadTimeOut(true)使核心线程数内的线程也可以被回收。

• threadFactory

用于生成线程，一般我们可以用默认的就可以了。通常，我们可以通过它将我们的线程的名字设置得比较可读一些，如 XXX-Thread-1， XXX-Thread-2 类似这样。

• handler：

当线程池已经满了，但是又有新的任务提交的时候，该采取什么策略由这个来指定。

Doug Lea 采用一个 32 位的整数来存放线程池的状态和当前池中的线程数，其中高 3 位用于存放线程池状态，低 29 位表示线程数。

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
 
private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
 
// 000 11111111111111111111111111111
// 这里得到的是 29 个 1，也就是说线程池的最大线程数是 2^29-1=536870911
private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;
 
// 运算结果为 111跟29个0 => 111 00000000000000000000000000000
private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
// 000 00000000000000000000000000000
private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
// 001 00000000000000000000000000000
private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
// 010 00000000000000000000000000000
private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
// 011 00000000000000000000000000000
private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;
 
// 将整数 c 的低 29 位修改为 0，就得到了线程池的状态
private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }
// 将整数 c 的高 3 为修改为 0，就得到了线程池中的线程数
private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }
 
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }
 
private static boolean runStateLessThan(int c, int s) {
    return c < s;
}
 
private static boolean runStateAtLeast(int c, int s) {
    return c >= s;
}
 
private static boolean isRunning(int c) {
    return c < SHUTDOWN;
}

线程池中的各个状态和状态变化的转换过程：

• RUNNING：接受新的任务，处理等待队列中的任务
• SHUTDOWN：不接受新的任务提交，但是会继续处理等待队列中的任务
• STOP：不接受新的任务提交，不再处理等待队列中的任务，中断正在执行任务的线程
• TIDYING：所有的任务都销毁了，workCount 为 0。线程池的状态在转换为 TIDYING 状态时，会执行钩子方法 terminated()
• TERMINATED：terminated() 方法结束后，线程池的状态就会变成这个

RUNNING 定义为 -1，SHUTDOWN 定义为 0，其他的都比 0 大，所以等于 0 的时候不能提交任务，大于 0 的话，连正在执行的任务也需要中断。

各个状态的转换过程有以下几种：

• RUNNING -> SHUTDOWN：当调用了 shutdown() 后，会发生这个状态转换，这也是最重要的
• (RUNNING or SHUTDOWN) -> STOP：当调用 shutdownNow() 后，会发生这个状态转换
• SHUTDOWN -> TIDYING：当任务队列和线程池都清空后，会由 SHUTDOWN 转换为 TIDYING
• STOP -> TIDYING：当任务队列清空后，发生这个转换
• TIDYING -> TERMINATED：这个前面说了，当 terminated() 方法结束后

上面的几个记住核心的就可以了，尤其第一个和第二个。

提交任务方法：

public Future<?> submit(Runnable task) {
    if (task == null) throw new NullPointerException();
    RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
    execute(ftask);
    return ftask;
}
public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {
    if (task == null) throw new NullPointerException();
    RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task, result);
    execute(ftask);
    return ftask;
}
public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
    if (task == null) throw new NullPointerException();
    RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
    execute(ftask);
    return ftask;
}

submit 方法中参数是有Runnable 类型，也有Callable 类型，这个参数不是用于 new Thread(runnable).start() 中的，这个参数不是用于启动线程的，这里指的是任务，任务要做的事情是 run() 方法里面定义的或 Callable 中的 call() 方法里面定义的。

execute 方法：

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
 
    // 表示线程池状态和线程数的整数
    int c = ctl.get();
 
    // 如果当前线程数少于核心线程数，那么直接添加一个 worker 来执行任务，
    // 创建一个新的线程，并把当前任务 command 作为这个线程的第一个任务(firstTask)
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        // 添加任务成功，那么就结束了。提交任务嘛，线程池已经接受了这个任务，这个方法也就可以返回了
        // 至于执行的结果，到时候会包装到 FutureTask 中。
        // 返回 false 代表线程池不允许提交任务
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    // 上面返回false，说明要么线程池被关闭了，要么说明线程池中的线程数超过了核心线程数
    // 到这里说明，要么当前线程数大于等于核心线程数，要么刚刚 addWorker 失败了
    // 如果线程池处于 RUNNING 状态，把这个任务添加到任务队列 workQueue 中
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        /* 这里面说的是，如果任务进入了 workQueue，我们是否需要开启新的线程
         * 因为线程数在 [0, corePoolSize) 是无条件开启新的线程
         * 如果线程数已经大于等于 corePoolSize，那么将任务添加到队列中，然后进到这里
         */
        int recheck = ctl.get();
        // 如果线程池已不处于 RUNNING 状态，那么移除已经入队的这个任务，并且执行拒绝策略
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
        // 如果线程池还是 RUNNING 的，并且线程数为 0，那么开启新的线程
        // 这块代码的真正意图是：担心任务提交到队列中了，但是线程都关闭了
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    // 如果 workQueue 队列满了，那么进入到这个分支
    // 以 maximumPoolSize 为界创建新的 worker，
    // 如果失败，说明当前线程数已经达到 maximumPoolSize，执行拒绝策略
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
}

分析 addWorker(Runnable firstTask, boolean core) 方法之前看下Worker主要的字段和方法。

private final class Worker
    extends AbstractQueuedSynchronizer
    implements Runnable
{
    private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L;
 
    // 这个是真正的线程
    final Thread thread;
 
    // 如果当前线程池中的线程数小于核心线程数则firstTask不为空，值为提交的任务，如果超过核心线程数则从队列中拉去任务
    Runnable firstTask;
 
    // 用于存放此线程完成的任务数，volatile，保证可见性
    volatile long completedTasks;
 
    // Worker 只有这一个构造方法，传入 firstTask，也可以传 null
    Worker(Runnable firstTask) {
        setState(-1);
        this.firstTask = firstTask;
        this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
    }
 
    // 这里调用了外部类的 runWorker 方法
    public void run() {
        runWorker(this);
    }
}

addWorker(Runnable firstTask, boolean core) 方法：

// 第一个参数是准备提交给这个线程执行的任务，可以为 null
// 第二个参数为 true 代表使用核心线程数 corePoolSize 作为创建线程的界限，也就说创建这个线程的时候，
//         如果线程池中的线程总数已经达到 corePoolSize，那么不能响应这次创建线程的请求
//         如果是 false，代表使用最大线程数 maximumPoolSize 作为界限
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
    retry:
    for (;;) {
        int c = ctl.get();
        int rs = runStateOf(c);
 
        // 如果线程池已关闭，并满足以下条件之一，那么不创建新的 worker：
        // 1. 线程池状态大于 SHUTDOWN，其实也就是 STOP, TIDYING, 或 TERMINATED
        // 2. firstTask != null
        // 3. workQueue.isEmpty()
        // 也就是说当线程池处于 SHUTDOWN 的时候，不允许提交任务，但是已有的任务继续执行
        // 当状态大于 SHUTDOWN 时，不允许提交任务，且中断正在执行的任务
        // 如果线程池处于 SHUTDOWN，但是 firstTask 为 null，且 workQueue 非空，那么是允许创建 worker 的
        // 这是因为 SHUTDOWN不允许提交新的任务，但是要把已经进入到 workQueue 的任务执行完，所以是允许创建新Worker的
        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;
            // 如果成功，那么就是所有创建线程前的条件校验都满足了，准备创建线程执行任务了
            // 这里失败的话，说明有其他线程也在尝试往线程池中创建线程
            if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                break retry;
            // 由于有并发，重新再读取一下 ctl
            c = ctl.get();
            // 正常如果是 CAS 失败的话，进到下一个里层的for循环就可以了
            // 可是如果是因为其他线程的操作，导致线程池的状态发生了变更，如有其他线程关闭了这个线程池
            // 那么需要回到外层的for循环
            if (runStateOf(c) != rs)
                continue retry;
        }
    }
 
    /* 
     * 到这里就可以开始创建线程来执行任务了
     */
 
    // worker 是否已经启动
    boolean workerStarted = false;
    // 是否已将这个 worker 添加到 workers 这个 HashSet 中
    boolean workerAdded = false;
    Worker w = null;
    try {
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        // 把 firstTask 传给 worker 的构造方法
        w = new Worker(firstTask);
        // 取 worker 中的线程对象，之前说了，Worker的构造方法会调用 ThreadFactory 来创建一个新的线程
        final Thread t = w.thread;
        if (t != null) {
            // 这个是整个线程池的全局锁，持有这个锁才能让进行下面的操作，
            // 因为关闭一个线程池也需要这个锁，所以在持有锁的期间，线程池不会被关闭
            mainLock.lock();
            try {
 
                int c = ctl.get();
                int rs = runStateOf(c);
 
                // 小于 SHUTTDOWN 那就是 RUNNING
                // 如果等于 SHUTDOWN，前面说了，不接受新的任务，但是会继续执行等待队列中的任务
                if (rs < SHUTDOWN ||
                    (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                    // worker 里面的 thread 可不能是已经启动的
                    if (t.isAlive())
                        throw new IllegalThreadStateException();
                    // 加到 workers 这个 HashSet 中
                    workers.add(w);
                    int s = workers.size();
                    // largestPoolSize 用于记录 workers 中的个数的最大值
                    if (s > largestPoolSize)
                        largestPoolSize = s;
                    workerAdded = true;
                }
            } finally {
                mainLock.unlock();
            }
            // 添加成功的话，启动这个线程
            if (workerAdded) {
                // 启动线程
                t.start();
                workerStarted = true;
            }
        }
    } finally {
        // 如果线程没有启动，需要做一些清理工作，如前面 workCount 加了 1，将其减掉
        if (! workerStarted)
            addWorkerFailed(w);
    }
    // 返回线程是否启动成功
    return workerStarted;
}

addWorkFailed：

// workers 中删除掉相应的 worker
// workCount 减 1
private void addWorkerFailed(Worker w) {
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    mainLock.lock();
    try {
        if (w != null)
            workers.remove(w);
        decrementWorkerCount();
        // rechecks for termination, in case the existence of this worker was holding up termination
        tryTerminate();
    } finally {
        mainLock.unlock();
    }
}

worker 中的线程 start 后，其 run 方法会调用 runWorker 方法：

// Worker 类的 run() 方法
public void run() {
    runWorker(this);
}

runWorker 方法：

// 此方法由 worker 线程启动后调用，这里用一个 while 循环来不断地从等待队列中获取任务并执行
// 前面说了，worker 在初始化的时候，可以指定 firstTask，那么第一个任务也就可以不需要从队列中获取
final void runWorker(Worker w) {
    // 
    Thread wt = Thread.currentThread();
    // 该线程的第一个任务(如果有的话)
    Runnable task = w.firstTask;
    w.firstTask = null;
    w.unlock(); // allow interrupts
    boolean completedAbruptly = true;
    try {
        // 循环调用 getTask 获取任务
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {
            w.lock();          
            // 如果线程池状态大于等于 STOP，那么意味着该线程也要中断
            if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                 (Thread.interrupted() &&
                  runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                !wt.isInterrupted())
                wt.interrupt();
            try {
                // 钩子方法，留给需要的子类实现
                beforeExecute(wt, task);
                Throwable thrown = null;
                try {
                    // 到这里终于可以执行任务了
                    task.run();
                } catch (RuntimeException x) {
                    thrown = x; throw x;
                } catch (Error x) {
                    thrown = x; throw x;
                } catch (Throwable x) {
                    // 不清楚为啥不允许跑出Throwable异常
                    thrown = x; throw new Error(x);
                } finally {
                    // 钩子方法，将 task 和异常作为参数，留给需要的子类实现
                    afterExecute(task, thrown);
                }
            } finally {
                // 置空 task，准备 getTask 获取下一个任务
                task = null;
                // 累加完成的任务数
                w.completedTasks++;
                // 释放掉 worker 的独占锁
                w.unlock();
            }
        }
        completedAbruptly = false;
    } finally {
        // 如果到这里，需要执行线程关闭：
        // 1. 说明 getTask 返回 null，也就是说，队列中已经没有任务需要执行了，执行关闭
        // 2. 任务执行过程中发生了异常
        // 第一种情况，已经在代码处理了将 workCount 减 1，这个在 getTask 方法分析中会说
        // 第二种情况，workCount 没有进行处理，所以需要在 processWorkerExit 中处理
        processWorkerExit(w, completedAbruptly);
    }
}

getTask()获取任务：

// 此方法有三种可能：
// 1. 阻塞直到获取到任务返回。我们知道，默认 corePoolSize 之内的线程是不会被回收的，
//      它们会一直等待任务
// 2. 超时退出。keepAliveTime 起作用的时候，也就是如果这么多时间内都没有任务，那么应该执行关闭
// 3. 如果发生了以下条件，此方法必须返回 null:
//    - 池中有大于 maximumPoolSize 个 workers 存在(通过调用 setMaximumPoolSize 进行设置)
//    - 线程池处于 SHUTDOWN，而且 workQueue 是空的，前面说了，这种不再接受新的任务
//    - 线程池处于 STOP，不仅不接受新的线程，连 workQueue 中的线程也不再执行
private Runnable getTask() {
    boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?
 
    retry:
    for (;;) {
        int c = ctl.get();
        int rs = runStateOf(c);
        // 两种可能
        // 1. rs == SHUTDOWN && workQueue.isEmpty()
        // 2. rs >= STOP
        if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
            // CAS 操作，减少工作线程数
            decrementWorkerCount();
            return null;
        }
 
        boolean timed;      // Are workers subject to culling?
        for (;;) {
            int wc = workerCountOf(c);
            // 允许核心线程数内的线程回收，或当前线程数超过了核心线程数，那么有可能发生超时关闭
            timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
 
            // 这里 break，是为了不往下执行后一个 if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
            // 两个 if 一起看：如果当前线程数 wc > maximumPoolSize，或者超时，都返回 null
            // 那这里的问题来了，wc > maximumPoolSize 的情况，为什么要返回 null？
            // setMaximumPoolSize() 将线程池的 maximumPoolSize 调小了，那么多余的 Worker 就需要被关闭
            if (wc <= maximumPoolSize && ! (timedOut && timed))
                break;
            if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
                return null;
            c = ctl.get();  // Re-read ctl
            // compareAndDecrementWorkerCount(c) 失败，线程池中的线程数发生了改变
            if (runStateOf(c) != rs)
                continue retry;
            // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
        }
        // wc <= maximumPoolSize 同时没有超时
        try {
            // 到 workQueue 中获取任务
            Runnable r = timed ?
                workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
                workQueue.take();
            if (r != null)
                return r;
            timedOut = true;
        } catch (InterruptedException retry) {
            // 如果开发者将 maximumPoolSize 调小了，导致其小于当前的 workers 数量，
            // 那么意味着超出的部分线程要被关闭。
            timedOut = false;
        }
    }
}

processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly)方法：

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;
            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
            }
            addWorker(null, false);
        }
    }

execute(Runnable command) 方法：

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
 
    //表示线程池状态和线程数的整数
    int c = ctl.get();
 
    // 如果当前线程数少于核心线程数，那么直接添加一个 worker 来执行任务，
    // 创建一个新的线程，并把当前任务 command 作为这个线程的第一个任务(firstTask)
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        // 添加任务成功，那么就结束了。线程池已经接受了这个任务，这个方法也就可以返回了
        // 至于执行的结果，到时候会包装到 FutureTask 中。
        // 返回 false 代表线程池不允许提交任务
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    // 到这里说明，要么当前线程数大于等于核心线程数，要么刚刚 addWorker 失败了
 
    // 如果线程池处于 RUNNING 状态，把这个任务添加到任务队列 workQueue 中
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        /* 这里面说的是，如果任务进入了 workQueue，我们是否需要开启新的线程
         * 因为线程数在 [0, corePoolSize) 是无条件开启新的线程
         * 如果线程数已经大于等于 corePoolSize，那么将任务添加到队列中，然后进到这里
         */
        int recheck = ctl.get();
        // 如果线程池已不处于 RUNNING 状态，那么移除已经入队的这个任务，并且执行拒绝策略
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
        // 如果线程池还是 RUNNING 的，并且线程数为 0，那么开启新的线程
        // 这块代码的真正意图是：担心任务提交到队列中了，但是线程都关闭了
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    // 如果 workQueue 队列满了，那么进入到这个分支
    // 以 maximumPoolSize 为界创建新的 worker，
    // 如果失败，说明当前线程数已经达到 maximumPoolSize，执行拒绝策略
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
}

reject(command) 拒绝策略:

final void reject(Runnable command) {
    // 执行拒绝策略
    handler.rejectedExecution(command, this);
}

此处的 handler 我们需要在构造线程池的时候就传入这个参数，它是 RejectedExecutionHandler 的实例。

// 只要线程池没有被关闭，那么由提交任务的线程自己来执行这个任务。
public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
    public CallerRunsPolicy() { }
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
        if (!e.isShutdown()) {
            r.run();
        }
    }
}
 
// 不管怎样，直接抛出 RejectedExecutionException 异常
// 这个是默认的策略，如果我们构造线程池的时候不传相应的 handler 的话，那就会指定使用这个
public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler {
    public AbortPolicy() { }
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
        throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() +
                                             " rejected from " +
                                             e.toString());
    }
}
 
// 不做任何处理，直接忽略掉这个任务
public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler {
    public DiscardPolicy() { }
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
    }
}
 
// 这个相对霸道一点，如果线程池没有被关闭的话，
// 把队列队头的任务(也就是等待了最长时间的)直接扔掉，然后提交这个任务到等待队列中
public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler {
    public DiscardOldestPolicy() { }
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
        if (!e.isShutdown()) {
            e.getQueue().poll();
            e.execute(r);
        }
    }
}

shutdown:

public void shutdown() {
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            // 校验线程池中的线程是否可访问
            checkShutdownAccess();
            // 将线程池状态改为SHUTDOWN
            advanceRunState(SHUTDOWN);
            // 中段线程池中的所有线程（因为线程执行任务的时候需要获取锁，所以对于正在跑的线程不会被中断掉）
            interruptIdleWorkers();
            // hooks，需要子类手动实现
            onShutdown(); // hook for ScheduledThreadPoolExecutor
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        tryTerminate();
}

shutdownNow:

public List<Runnable> shutdownNow() {
        List<Runnable> tasks;
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
           // 校验线程池中的线程是否可访问
            checkShutdownAccess();
            // 将线程池状态改为STOP
            advanceRunState(STOP);
            // 中段线程池中的所有线程（与上面的区别是不需要获取锁，所以线程池中的所以线程都会被中断掉）
            interruptWorkers();
            // 任务队列中的任务
            tasks = drainQueue();
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        tryTerminate();
        return tasks;
    }

总结

线程池关键属性

corePoolSize，maximumPoolSize，workQueue，keepAliveTime，rejectedExecutionHandler

corePoolSize 到 maximumPoolSize 之间的线程会被回收，当corePoolSize 的线程也可以通过设置而得到回收（allowCoreThreadTimeOut(true)）。

workQueue 用于存放任务，添加任务的时候，如果当前线程数超过了 corePoolSize，那么往该队列中插入任务，线程池中的线程会负责到队列中拉取任务。

keepAliveTime 用于设置空闲时间，如果线程数超出了 corePoolSize，并且有些线程的空闲时间超过了这个值，会执行关闭这些线程的操作

rejectedExecutionHandler 用于处理当线程池不能执行此任务时的情况，默认有抛出 RejectedExecutionException 异常、忽略任务、使用提交任务的线程来执行此任务和将队列中等待最久的任务删除，然后提交此任务这四种策略，默认为抛出异常。

线程池中的线程创建时机

如果当前线程数少于 corePoolSize，那么提交任务的时候创建一个新的线程，并由这个线程执行这个任务；

如果队列已满，那么创建新的线程来执行任务，需要保证池中的线程数不会超过 maximumPoolSize，如果此时线程数超过了 maximumPoolSize，那么执行拒绝策略。

什么时候会执行拒绝策略

workers 的数量达到了 corePoolSize（任务此时需要进入任务队列），任务入队成功，与此同时线程池被关闭了，而且关闭线程池并没有将这个任务出队，那么执行拒绝策略。

workers 的数量大于等于 corePoolSize，将任务加入到任务队列，可是队列满了，任务入队失败，那么准备开启新的线程，可是线程数已经达到 maximumPoolSize，那么执行拒绝策略。

任务执行过程中发生异常

如果某个任务执行出现异常，那么执行任务的线程会被关闭，而不是继续接收其他任务，然后会启动一个新的线程来代替它