jdk线程池工作原理解析(二)

本篇博客是jdk线程池ThreadPoolExecutor工作原理解析系列博客的第二篇，在第一篇博客中从源码层面分析了ThreadPoolExecutor在RUNNING状态下处理任务的核心逻辑，而在这篇博客中将会详细讲解jdk线程池ThreadPoolExecutor优雅停止的实现原理。

ThreadPoolExecutor优雅停止源码分析(自己动手实现线程池v2版本)

ThreadPoolExecutor为了实现优雅停止功能，为线程池设置了一个状态属性，其共有5种情况。
在第一篇博客中曾介绍过，AtomicInteger类型的变量ctl同时维护了两个业务属性当前活跃工作线程个数与线程池状态，其中ctl的高3位用于存放线程池状态。

线程池工作状态介绍

线程池工作状态是单调推进的，即从运行时->停止中->完全停止。共有以下五种情况

1. RUNNING

RUNNING状态，代表着线程池处于正常运行(运行时)。RUNNING状态的线程池能正常的接收并处理提交的任务
ThreadPoolExecutor初始化时对ctl赋予的默认属性便是RUNNING（private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));）
RUNNING状态下线程池正常工作的原理已经在第一篇博客中详细的介绍过了，这里不再赘述。

2. SHUTDOWN

SHUTDOWN状态，代表线程池处于停止对外服务的状态(停止中)。不再接收新提交的任务，但依然会将workQueue工作队列中积压的任务逐步处理完。
用户可以通过调用shutdown方法令线程池由RUNNING状态进入SHUTDOWN状态，shutdown方法会在下文详细展开分析。

3. STOP

STOP状态，代表线程池处于停止状态。不再接受新提交的任务(停止中)，同时也不再处理workQueue工作队列中积压的任务，当前还在处理任务的工作线程将收到interrupt中断通知
用户可以通过调用shutdownNow方法令线程池由RUNNING或者SHUTDOWN状态进入STOP状态，shutdownNow方法会在下文详细展开分析。

4. TIDYING

TIDYING状态，代表着线程池即将完全终止，正在做最后的收尾工作(停止中)。
在线程池中所有的工作线程都已经完全退出，且工作队列中的任务已经被清空时会由SHUTDOWN或STOP状态进入TIDYING状态。

5. TERMINATED

TERMINATED状态，代表着线程池完全的关闭(完全停止)。

public class MyThreadPoolExecutorV2 implements MyThreadPoolExecutor {
    /**
     * 当前线程池中存在的worker线程数量 + 状态的一个聚合（通过一个原子int进行cas，来避免对两个业务属性字段加锁来保证一致性）
     */
    private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
    private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;

    /**
     * 32位的有符号整数，有3位是用来存放线程池状态的，所以用来维护当前工作线程个数的部分就只能用29位了
     * 被占去的3位中，有1位原来的符号位，2位是原来的数值位
     * */
    private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1;

    /**
     * 线程池状态poolStatus常量（状态值只会由小到大，单调递增）
     * 线程池状态迁移图：
     *         ↗ SHUTDOWN ↘
     * RUNNING       ↓       TIDYING → TERMINATED
     *         ↘   STOP   ↗
     * 1 RUNNING状态，代表着线程池处于正常运行的状态。能正常的接收并处理提交的任务
     * 线程池对象初始化时，状态为RUNNING
     * 对应逻辑：private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
     *
     * 2 SHUTDOWN状态，代表线程池处于停止对外服务的状态。不再接收新提交的任务，但依然会将workQueue工作队列中积压的任务处理完
     * 调用了shutdown方法时，状态由RUNNING -> SHUTDOWN
     * 对应逻辑：shutdown方法中的advanceRunState(SHUTDOWN);
     *
     * 3 STOP状态，代表线程池处于停止状态。不再接受新提交的任务，同时也不再处理workQueue工作队列中积压的任务，当前还在处理任务的工作线程将收到interrupt中断通知
     * 之前未调用shutdown方法，直接调用了shutdownNow方法，状态由RUNNING -> STOP
     * 之前先调用了shutdown方法，后调用了shutdownNow方法，状态由SHUTDOWN -> STOP
     * 对应逻辑：shutdownNow方法中的advanceRunState(STOP);
     *
     * 4 TIDYING状态，代表着线程池即将完全终止，正在做最后的收尾工作
     * 当前线程池状态为SHUTDOWN,任务被消费完工作队列workQueue为空，且工作线程全部退出完成工作线程集合workers为空时，tryTerminate方法中将状态由SHUTDOWN->TIDYING
     * 当前线程池状态为STOP,工作线程全部退出完成工作线程集合workers为空时，tryTerminate方法中将状态由STOP->TIDYING
     * 对应逻辑：tryTerminate方法中的ctl.compareAndSet(c, ctlOf(TIDYING, 0)
     *
     * 5 TERMINATED状态，代表着线程池完全的关闭。之前线程池已经处于TIDYING状态，且调用的钩子函数terminated已返回
     * 当前线程池状态为TIDYING，调用的钩子函数terminated已返回
     * 对应逻辑：tryTerminate方法中的ctl.set(ctlOf(TERMINATED, 0));
     * */

    //  11100000 00000000 00000000 00000000
    private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS;
    //  00000000 00000000 00000000 00000000
    private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS;
    //  00100000 00000000 00000000 00000000
    private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS;
    //  01000000 00000000 00000000 00000000
    private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS;
    //  01100000 00000000 00000000 00000000
    private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS;

    private static int runStateOf(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;
    }

    /**
     * 推进线程池工作状态
     * */
    private void advanceRunState(int targetState) {
        for(;;){
            // 获得当前的线程池状态
            int currentCtl = this.ctl.get();

            // 1 （runState >= targetState）如果当前线程池状态不比传入的targetState小
            // 代表当前状态已经比参数要制定的更加快(或者至少已经处于对应阶段了)，则无需更新poolStatus的状态(或语句中第一个条件为false，直接break了)
            // 2  (this.ctl.compareAndSet)，cas的将runState更新为targetState
            // 如果返回true则说明cas更新成功直接break结束（或语句中第一个条件为false，第二个条件为true）
            // 如果返回false说明cas争抢失败，再次进入while循环重试（或语句中第一个和第二个条件都是false，不break而是继续执行循环重试）
            if (runStateAtLeast(currentCtl, targetState) ||
                    this.ctl.compareAndSet(
                            currentCtl,
                            ctlOf(targetState, workerCountOf(currentCtl)
                            ))) {
                break;
            }
        }
    }
}    

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