Java并发编程基础篇（四）——线程池的使用方法和原理
在并发编程中频繁地创建与销毁线程需要消耗大量系统资源。利用线程池，我们可以复用之前创建好的线程，没有任务的时候，这些线程都处于等待状态。如果有新任务，就分配一个空闲线程执行。如果所有线程都处于忙碌状态，新任务要么放入队列等待，要么增加一个新线程进行处理。
本文将会重点讲述线程池的使用方法和原理。
1、线程池的处理流程
从上图中可以看到线程池分为corePool和maximumPool；每当向ThreadPoolExecutor的线程池通过execute方法或submit方法提交一个新的任务时，处理流程如下：
- 步骤1：如果当前运行的线程少于corePoolSize，则创建新线程来执行任务（注意，执行这一步骤需要获取全局锁）。
- 步骤2：如果运行的线程等于或多于corePoolSize，则将任务加入BlockingQueue。在线程池完成预热之后，当前运行的线程数大于等于corePoolSize，几乎所有的提交新任务的方法调用都是执行步骤2，不需要获取全局锁。
- 步骤3：如果无法将任务加入BlockingQueue（队列已满），则创建新的线程来处理任务（注意，执行这一步骤需要获取全局锁）。
- 步骤4：如果步骤3中创建新线程导致了当前运行的线程超出maximumPoolSize，任务将被拒绝，并调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法。
在上面的步骤1、步骤3中，向线程池提交任务、创建线程时，线程池会将线程封装成工作线程Worker，Worker会首先执行完当前任务，之后循环获取2）中的工作队列BlockingQueue里的任务来执行。
2、创建线程池
创建线程池的语句如下：
new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime,
milliseconds,runnableTaskQueue, handler);其中各个参数的含义为：
参数 | 含义 |
corePoolSize（线程池的基本大小） | 对应于1.1中的步骤1，最开始在线程池中线程数量小于该基本大小时，每提交一个任务，线程池都会创建一个新的线程，直到线程数量大于等于线程池基本大小 |
maximumPoolSize（线程池最大数量） | 对应于1.1中的步骤3，代表线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了，并且已创建的线程数小于最大线程数，则线程池会再创建新的线程执行任务 |
runnableTaskQueue（任务队列） | 对应于1.1中的步骤2，用于保存等待执行的任务的阻塞队列。可以选择以下几个阻塞队列 ：·ArrayBlockingQueue：是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。·LinkedBlockingQueue：一个基于链表结构的无界阻塞队列，此队列按FIFO排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。·SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于Linked-BlockingQueue。·PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无限阻塞队列。 |
ThreadFactory | 用于设置创建线程的工厂，可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字 |
RejectedExecutionHandler（饱和策略） | 对应于1.1中的步骤4，当队列和线程池都满了，必须采取一种策略处理提交的新任务，例如抛出异常、丢弃任务等 |
3、提交任务
可以使用execute()和submit()两个方法向线程池提交任务，其中：
execute()往往搭配实现Runnable接口的任务用于提交不需要返回值的任务，这是因为Runnable接口的方法没有返回值。如果任务需要一个返回结果，那么只能保存到变量，还要提供额外的方法读取，非常不便；
恰恰相反，submit()方法往往用于提交需要返回值的任务，一般搭配实现Callable泛型接口的任务。和Runnable接口比，Callable接口多了一个返回值，可以指定返回值的类型；当我们向线程池通过submit()方法提交实现Callable接口的任务时，线程池会返回一个Future类型的对象。
我们在主线程某个时刻调用该Future对象的get()方法，如果异步任务已经完成，我们就直接获得结果，如果异步任务还没有完成，那么get()会阻塞，直到任务完成后才返回结果；而使用get(long timeout，TimeUnit unit)方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回（这时候有可能任务没有执行完）。
另外，如果对该Future对象调用isDone()可以判断任务是否已经完成，调用cancel(boolean mayInterruptIfRunning)可以取消当前任务。
Future<Object> future = executor.submit(harReturnValuetask);
try {
Object s = future.get();
} catch (InterruptedException e) {
// 处理中断异常
} catch (ExecutionException e) {
// 处理无法执行任务异常
} finally {
// 关闭线程池
executor.shutdown();
}4、关闭线程池
可以通过调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池。它们的原理是遍历线
程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程，所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。
但是它们存在一定的区别，shutdownNow首先将线程池的状态设置成STOP，然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表，而shutdown只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程。
通常调用shutdown方法来关闭线程池，如果任务不一定要执行完，则可以调用shutdownNow方法。
5、使用示例
例如，我们通过ThreadPoolExecutor创建一个线程池并使用，注意代码中标注的三个关键步骤，即1、创建线程池；2、提交任务；3、关闭线程池。
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 1、创建一个初始时拥有10个线程、最多拥有15个线程、
// 等待状态的线程在60秒后回收的线程池:
ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(10, 15, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
for (int i = 0; i < 6; i++) {
// 2、通过execute方法或submit方法向线程池提交任务
es.submit(new Task("" + i));
}
// 3、关闭线程池:
es.shutdown();
}
}
class Task implements Runnable {
private String name;
public Task(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("start task " + name);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println("end task " + name);
}
}
