execute()原理
执行步骤如下：
如果workerCount小于corePoolSize，将任务作为first Task新建线程来执行任务。 将任务添加到队列中，如果添加成功依然需要检查，在进入任务之前，
如果线程池被关闭，那么将任务从队列中移除；
如果当前线程池中没有工作线程，而刚刚在队列中加入了任务，要保证线程池中至少有一个工作线程可以处理任务。
如果不能将任务加入队列中，尝试新加一个线程来执行任务，但是并不定会成功，可能是线程池被shut down或者线程池达到了饱和（maximumPoolSize），如果失败了执行拒绝策略。
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
int c = ctl.get();
// 高3位表示状态，低29位任务数量。
//工作线程小于核心线程数，创建新的线程。
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
//创建新的worker立即执行command，轮询workQueue处理task。
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
//线程池在运行状态且可以将task插入队列
//第一次校验线程池在运行状态
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
//第二次校验，防止在第一次校验通过后线程池关闭。如果线程池关闭，在队列中删除task并拒绝task
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
//如果线程数=0（线程都死掉了，比如：corePoolSize=0），新建线程且未指定firstTask，仅仅去轮训workQueue
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
//线程队列已满，尝试创建新线程执行task，创建失败后拒绝task，创建失败原因：1.线程池关闭；2.线程数已经达到maxPoolSize
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}
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addWorker方法
addWorker方法主要有两部分
一：判断是否可以创建worker。根据自旋、CAS、ctl等，判断继续创建还是返回false，自旋周期一般很短。
二：同步创建workder，启动线程。 addWorker会根据当前线程池的工作状态和给定的界限限制（corePoolSize 和maximumPoolSize）判断是否可以添加新的工作线程。 其中每一个Worker对象都是一个AQS队列。
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
retry:
//外层循环判断线程池的状态
for (;;) {
//在进行获取一次上下文操作机制
int c = ctl.get();
int rs = runStateOf(c);
//线程池状态
// Check if queue empty only if necessary.
// 线程池状态:RUNNING = -1、SHUTDOWN = 0、 STOP = 1、TIDYING = 2、TERMINATED = 3
//线程池至少是shutdown状态
if (rs >= SHUTDOWN &&
// 除了线程池正在关闭（shutdown），
// 队列里还有未处理的task的情况，其他都不能添加
! (rs == SHUTDOWN &&
firstTask == null &&
! workQueue.isEmpty()))
return false;
//内层循环判断是否到达容量上限，worker+1
for (;;) {
int wc = workerCountOf(c);//worker数量
//worker大于Integer最大上限
//或到达边界上限
if (wc >= CAPACITY ||
wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
return false;
//CAS worker+1
if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
break retry;//成功了跳出循环
c = ctl.get(); // Re-read ctl
if (runStateOf(c) != rs)
//如果线程池状态发生变化，重试外层循环
continue retry;
// else CAS failed due to workerCount change;
// retry inner loop
// CAS失败workerCount被其他线程改变，
// 重新尝试内层循环CAS对workerCount+1
}
}
boolean workerStarted = false;
boolean workerAdded = false;
Worker w = null;
try {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
w = new Worker(firstTask);
//1.state置为-1，Worker继承了AbstractQueuedSynchronizer.
//2.设置firstTask属性.
//3.Worker实现了Runable接口，将this作为入参创建线程.
final Thread t = w.thread;
if (t != null) {
//addWorker需要加锁
mainLock.lock();
try {
// Recheck while holding lock.
// Back out on ThreadFactory failure or if
// shut down before lock acquired.
int c = ctl.get();
int rs = runStateOf(c);
if (rs < SHUTDOWN ||
(rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
throw new IllegalThreadStateException();
workers.add(w);//workers是HashSet<Worker>
//设置最大线程池大小
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;
}
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Worker
Worker(Runnable firstTask) {
setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
this.firstTask = firstTask;
this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}
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Worker方法实现了Runnable，它将构造的Thread赋值给thread。第一步中的setState(-1)，即将AQS中的同步状态设置为-1，线程池使用AQS中的同步状态来判断该工作线程是否可以被中断。-1：初始化值，此时工作线程还没有启动，也没有中断的必要；0：表示接受中断，此时工作线程为空闲状态；1：表示此时工作线程正在执行任务。它实现了非重入互斥锁，非重入是为了避免线程池的一些控制方法获得重入锁。注意Worker实现锁的目的与传统锁的意义不太一样。其主要是为了控制线程是否可interrupt，以及其他的监控，如线程是否active（正在执行任务）。
private final class Worker extends AbstractQueuedSynchronizer implements Runnable
{
private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L;
//每个worker有自己的内部线程，ThreadFactory创建失败时是null
//封装任务线程机制
final Thread thread;
//初始化任务，可能是null
Runnable firstTask;
//每个worker的完成任务数
volatile long completedTasks;
Worker(Runnable firstTask) {
// inhibit interrupts until runWorker //状态置为-1，如果中断线程需要CAS将state 从0-
>1，以此来保证能只中断从workerQueue getTask的线程
setState(-1); // 禁止线程在启动前被打断
this.firstTask = firstTask;
this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}
//核心方法
public void run() {
//首先执行w.unlock,就是把state置为0，对该线程的中断就可以进行了
runWorker(this);
}
// state = 0 代表未锁；state = 1 代表已锁
protected boolean isHeldExclusively() {
return getState() != 0;
}
// 在setCorePoolSize/shutdown等方法中断worker线程时需要调用该方法，
// 确保中断的是从workerQueue getTask的线程
protected boolean tryAcquire(int unused) {
if (compareAndSetState(0, 1)) {
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
return true;
}
return false;
}
protected boolean tryRelease(int unused) {
setExclusiveOwnerThread(null);
setState(0);
return true;
}
public void lock() { acquire(1); }
public boolean tryLock() { return tryAcquire(1); }
public void unlock() { release(1); }
//调用tryRelease修改state=0，LockSupport.unpark(thread) 下一个等待锁的线程
public boolean isLocked() { return isHeldExclusively(); }
// interrupt已启动线程
void interruptIfStarted() {
Thread t;
// 初始化是 state = -1，不会被interrupt
if (getState() >= 0 && (t = thread) != null && !t.isInterrupted()) {
try {
t.interrupt();
} catch (SecurityException ignore) {
}
}
}
}
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Worker的run()方法实际调用的是runWorker(this)，启动工作线程（注意这里不是直接启动的任务），在工作线程中执行任务。工作线程在这循环，反复的从队列中获取任务并执行它们。
在运行所有任务之前，需要获取锁，来保证当任务在运行的时候不会被中断，除非线程池正在停止（Stop） 总结如下： 1.Worker类主要负责运行线程状态的控制。 2.Worker继承了AQS实现了简单的获取锁和释放所的操作。来避免中断等待执行任务的线 程时，中断正在运行中的线程（线程刚启动，还没开始执行任务）。 3.自己实现不可重入锁，是为了避免在实现线程池控状态控制的方法，例如：setCorePoolSize的时候中断正在开始运行的线程。setCorePoolSize可能会调用interruptIdleWorkers()，该方法中会调用worker的tryLock()方法中断线程，自己实现锁可以确保工作线程启动之前不会被中断
runWorker的主要任务就是一直loop循环处理任务，没有任务就去getTask()， 代码如下：
final void runWorker(Worker w) {
Thread wt = Thread.currentThread();
Runnable task = w.firstTask;
w.firstTask = null;
w.unlock(); // 允许被 interrupt
boolean completedAbruptly = true;
try {
//循环获取任务直至 task = null （线程池关闭、超时等）
// 注意这里的getTask()方法，我们配置的阻塞队列会在这里起作用
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
w.lock(); // 执行任务前上锁
// 如果线程池停止(处于STOP状态或者TIDYING、TERMINATED状态时)，设置当前线程处于中断状态如果不是(线程就处于RUNNING或者SHUTDOWN状态),确保线程不中断,重新检查当前线程池的状态是否大于等于STOP状态
if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
(Thread.interrupted() &&
runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
!wt.isInterrupted())
wt.interrupt();
try {
//在线程运行前调用
beforeExecute(wt, task);
Throwable thrown = null;
try {
//这里执行run方法
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 {
//在线程运行后调用
afterExecute(task, thrown);
}
} finally {
task = null;
w.completedTasks++;
w.unlock();
}
}
completedAbruptly = false;
} finally {
processWorkerExit(w, completedAbruptly); // 线程退出工作
}
}
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getTask()
从队列中获取Task，大概分为以下几个步骤。
判断线程池以及队列的状态，如果线程池状态在STOP以上，此时线程池不处理队列中的任务；或者线程池处于SHUTDOWN但是队列为空（SHUTDOWN不再接受新的任务），workerCount减1，返回null,注意此时只是将变量减1，其实工作线程并没有终止真正的终止在 processWorkerExit(w, completedAbruptly);中。 如果通过了状态检查，判断是否要进行线程回收，如果需要workerCount数量减1，成功后返回null。 根据timed（timed表示需要进行超时闲置线程回收），选择是限时等待还是阻塞的方式从队列中获取任务。
方法依据配置的workQueue来工作，其阻塞原理与超时原理基于阻塞队列实现，不再详述。
private Runnable getTask() {
boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?
//循环
for (;;) {
int c = ctl.get();
int rs = runStateOf(c);
//线程线程池状态和队列是否为空
if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
decrementWorkerCount();
return null;
}
//线程数量
int wc = workerCountOf(c);
boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
//（当前线程数是否大于最大线程数或者）
//且（线程数大于1或者任务队列为空）
//这里有个问题(timed && timedOut)timedOut = false，好像(timed && timedOut)一直都是false吧
if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
&& (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
return null;
continue;
}
try {
//获取任务
Runnable r = timed ?
workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
workQueue.take();
if (r != null)
return r;
timedOut = true;
} catch (InterruptedException retry) {
timedOut = false;
}
}
}