深入理解 Java 线程池（二）：ThreadPoolExecutor 执行流程 + 运行状态 + ctl 原理全解析

我们继续深入到 ThreadPoolExecutor 的内部运行机制，彻底搞清楚：

任务提交后线程池到底怎么处理？
线程池内部有哪些状态？
ctl 是如何用 32 位整数保存"线程池状态 + 线程数量"的？
shutdown()、shutdownNow() 区别到底是什么？
worker 是怎么管理线程的？

理解这篇，你就真正掌握了 Java 线程池的灵魂。

一、线程池处理任务的完整流程（最重要的知识点）

当你执行：

executor.execute(task);

线程池会按照 3 个阶段 处理任务。

我给你画一张清晰流程图👇（重点）

① 有空闲核心线程？→ 直接创建 Worker 执行任务

② 核心线程满了 → 放入队列

③ 队列也放不下 → 尝试创建"非核心线程（临时线程）"

① 有空闲核心线程？→ 直接创建 Worker 执行任务

java 复制代码

if (workerCount < corePoolSize) {
    创建核心线程执行任务
    return
}

核心线程数不足 → 创建新的核心线程。

② 核心线程满了 → 放入队列

java 复制代码

if (workQueue.offer(task)) {
    // 队列接收成功
}

队列可以无限放（LinkedBlockingQueue）
或有界（ArrayBlockingQueue）

如果队列能放下 → 线程池不会增加线程

③ 队列也放不下 → 尝试创建"非核心线程（临时线程）"

java 复制代码

if (workerCount < maximumPoolSize) {
    创建非核心线程执行任务
    return
}

如果还不行 → 线程池触发 拒绝策略

二、线程池的五大状态（必须背下来）

线程池状态非常关键，比如**shutdown() 和 shutdownNow()**的区别就来自这里。

线程池有 五种状态（按优先级由大到小）：

1）RUNNING

接收新任务
执行队列任务

正常工作状态。

2）SHUTDOWN

不再接收新任务
继续执行队列中的任务

调用：

executor.shutdown();

进入 SHUTDOWN。

3）STOP

不接收新任务
不执行队列任务
中断正在执行的线程

调用：

executor.shutdownNow();

线程池进入 STOP。

4）TIDYING

所有任务已终止
workerCount == 0
正在调用 terminated()

5）TERMINATED

线程池彻底结束

三、最核心：ctl 的位运算机制（线程池状态是怎么存的？）

ThreadPoolExecutor 非常巧妙地使用了一个 int ctl 保存两类信息：

高 3 位：线程池状态（RUNNING / SHUTDOWN / ...）
低 29 位：当前 worker 数量

一个 ctl = 线程池状态 + 工作线程数

ctl 的结构（极其关键）

java 复制代码

  3 bit        29 bit
 ┌─────┬──────────────────────┐
 │状态 │    workerCount        │
 └─────┴──────────────────────┘

源码中：

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));

ctl 为什么要设计成 1 个 int？

因为：

状态和线程数经常一起判断
原子操作必须一次 CAS，同时判断两个值
合并到一个 int 可以极大提高效率

例如：

线程池在 execute(task) 时必须检查：

线程池状态是否 RUNNING？
workerCount 是否小于 corePoolSize？

这两个判断可以用一次 ctl CAS 完成。

状态的取值（高 3 bit）

源码：

java 复制代码

private static final int COUNT_BITS = 29;
private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

直接背下来：

RUNNING 的高 3 位是 111
SHUTDOWN 是 000
STOP 是 001
TIDYING 是 010
TERMINATED 是 011

如何从 ctl 读状态？

runStateOf(ctl.get())

如何读线程数？

workerCountOf(ctl.get())

四、worker 是怎么管理线程的？

ThreadPoolExecutor 内部有个 Worker 类：

java 复制代码

private final class Worker extends AbstractQueuedSynchronizer
        implements Runnable

Worker 本质上是：

一个线程 + AQS（可重入锁）
线程由 ThreadFactory 创建
AQS 用来控制线程中断行为

Worker 生命周期：

创建 Worker（携带第一个任务）
执行第一个任务
从队列中不断获取任务
空闲超过 keepAliveTime → 线程退出

Worker 退出后 workerCount 减 1。

五、线程池在 shutdown() 时内部做了什么？

调用：

executor.shutdown();

线程池会：

将状态从 RUNNING 改为 SHUTDOWN
不再接收新任务
继续执行队列任务
workerCount 逐渐变为 0
最终进入 TIDYING → TERMINATED

重要：shutdown 不会中断正在执行的线程

六、shutdownNow() 做了什么？

将状态从 RUNNING 改为 STOP
中断所有正在执行任务的线程
清空任务队列，并返回未执行任务列表
workerCount 减到 0
进入 TERMINATED

区别总结：

方法	状态	是否中断任务	是否执行队列任务
shutdown()	SHUTDOWN	❌	✔
shutdownNow()	STOP	✔	❌

七、线程池完整运行流程图（非常关键）

java 复制代码

             提交任务 execute()
                       │
                       ▼
         ┌──────────────────────────┐
         │ 1. workerCount < core？   │
         └───────────────┬──────────┘
                         是│否
                          ▼
                创建核心线程执行
                          │
                          ▼
         队列是否可放下任务？
               │               │
              是              否
               ▼               ▼
     任务入队，等待线程执行   workerCount < maximum？
                                   │             │
                                  是            否
                                   ▼             ▼
                   创建临时线程执行        执行拒绝策略

八、总结（背下来就是线程池高手）

ThreadPoolExecutor 使用 ctl（高 3 位状态 + 低 29 位线程数） 管理线程池
线程池有五种状态：RUNNING → SHUTDOWN → STOP → TIDYING → TERMINATED
execute() 的任务处理流程是三步：

corePoolSize 能否创建线程？
队列能否接收任务？
maximumPoolSize 能否创建线程？

shutdown() 和 shutdownNow() 的根本区别：是否中断 worker、是否执行队列
Worker 是线程池的运行单元，内部用 AQS 控制线程终止逻辑

Java 线程池（第三篇）：拒绝策略与生产级线程池调优指南