几乎所有需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池，在开发过程中，合理地使用线程池能够带来3个好处。
- 降低资源消耗：通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
- 提高响应速度：当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
- 提高线程的可管理性：线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。
线程池的实现原理
当向线程池提交一个任务之后，线程池是如何处理这个任务的呢？我们来看一下线程池的主要处理流程：
- 线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务，则进入下个流程。
- 线程池判断工作队列是否已经满。如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了，则进入下个流程。
- 线程池判断线程池的线程是否都处于工作状态。如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了，则交给饱和策略来处理这个任务。
线程池主要处理流程
ThreadPoolExecutor执行示意图
ThreadPoolExecutor执行execute方法分下面4种情况：
- 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）。
- 如果运行的线程等于或多于corePoolSize，则将任务加入BlockingQueue。
- 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）。
- 如果创建新线程将使当前运行的线程超出maximumPoolSize，任务将被拒绝，并调用RejectedExecutuionHandler.rejectedExecution()方法。
源码分析：
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
int c = ctl.get();
//如果线程数小于基本线程数，则创建线程并执行当前任务
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
//如果线程数大于等于基本线程数或线程创建失败，则将当前任务放到工作队列中
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
else if (!addWorker(command, false))
//抛出rejectedExecutionException异常
reject(command);
}工作线程：
线程池创建线程时，会将线程封装成工作线程Worker，Worker在执行完任务后，还会循环获取工作队列里的任务来执行。我们可以从Worker类的run()方法里看到这点：
final void runWorker(Worker w) {
Thread wt = Thread.currentThread();
Runnable task = w.firstTask;
w.firstTask = null;
w.unlock(); // allow interrupts
boolean completedAbruptly = true;
try {
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
w.lock();
// If pool is stopping, ensure thread is interrupted;
// if not, ensure thread is not interrupted. This
// requires a recheck in second case to deal with
// shutdownNow race while clearing interrupt
if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
(Thread.interrupted() &&
runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
!wt.isInterrupted())
wt.interrupt();
try {
beforeExecute(wt, task);
Throwable thrown = null;
try {
//任务执行
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 {
afterExecute(task, thrown);
}
} finally {
task = null;
w.completedTasks++;
w.unlock();
}
}
completedAbruptly = false;
} finally {
processWorkerExit(w, completedAbruptly);
}
}
ThreadPoolExecutor执行任务示意图
线程池中的线程执行任务分两种情况：
- 在execute()方法中创建一个线程时，会让这个线程执行当前任务。
- 这个线程执行完上图1的任务后，会反复从BlockingQueue获取任务来执行。
线程池的使用
线程池的创建
我们可以通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池。
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
RejectedExecutionHandler handler) {
this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
Executors.defaultThreadFactory(), handler);
}输入参数如下：
- corePoolSize(线程池的基本大小)：当提交一个任务到线程池时，线程池会创建一个线程来执行任务，即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程，等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads()方法，线程池会提前创建并启动所有基本线程。
- workQueue(任务队列)：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阻塞队列，此队列按FIFO排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列。
- 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LinkedBlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。
- PriorityBlockingQueue:一个具有优先级的无限阻塞队列。
- maximumPoolSize(线程池最大数量)：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。值得注意的是，如果使用了无界的任务队列，这个参数就没什么效果。
- 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。使用开源框架guava提供的ThreadFactoryBuilder可以快速给线程池里的线程设置有意义的名字，代码如下：
new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("XX-task-%d").build();- RejectedExecutionHandler(饱和策略)：当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy，表示无法处理新任务时抛出异常。在jdk1.5中java线程框架提供了以下4中策略。
- AbortPolicy：直接抛出异常。
- CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。
- DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。
- DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。
当然，也可以根据应用场景需要来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。如记录日志或持久化存储不能处理的任务。
- KeepAliveTime(线程活动保持时间)：线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间，所以，如果任务很多，并且每个任务执行的时间比较短，可以调大时间，提高线程的利用率。
- TimeUnit(线程活动保持时间的单位)：可选的单位有天（DAYS）、小时（HOURS）、分钟（MINUTES）、毫秒（MILLISECONDS）、微秒（MICROSECONDS）、纳秒（NANOSECONDS）。
向线程池提交任务
可以使用两个方法向线程池提交任务，分别是execute()和submit()方法。
execute()方法用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功。
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
......
}submit()方法用于提交需要返回值的任务。线程池会返回一个future类型的对象，通过这个future对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过future的get()方法来获取返回值，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成，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。
Future<Object> future = executor.submit(harRetureValuetask);
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();
}关闭线程池
可以通过两个方法来关闭线程池：
- shutdown
- shutdownNow
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。
它们的区别是：
- 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。
- 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。
只要调用了这两个关闭方法中的任意一个，isShutdown方法就会返回true。当所有的任务都已关闭后，才表示线程池关闭成功，这时调用isTerminaed方法会返回true。至于应该用哪一种方法来关闭线程池，应该由提交到线程池的任务特性决定，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。
合理地配置线程池
需要分析任务特性：
- 任务的性质：CPU密集型任务、IO密集型任务和混合型任务。
- 任务的优先级：高、中和低。
- 任务的执行时间：长、中和短。
- 任务的依赖性：是否依赖其他系统资源，如数据库连接。
建议使用有界队列：
如果是无界队列，线程池工作线程阻塞，积压在线程池里。线程池队列越来越多，有可能会撑满内存。
线程池的监控
可以通过线程池提供的参数进行监控，在监控线程池的时候可以使用以下属性。
- taskCount:线程池需要执行的任务数量。
- completedTaskCount:线程池在运行过程中已完成的任务数量，小于或等于taskCount。
- largestPoolSize:线程池曾经创建过的最大线程数量。
- getPoolSize:线程池的线程数量。
- getActiveCount:获取活动的线程数。
通过扩展线程池进行监控。可以通过继承线程池来自定义线程池，重写线程池的beforeExecute、afterExecute和terminated方法，也可以在任务执行前、执行后和线程关闭前执行一些代码来进行监控。例如，监控任务的平均执行时间、最大执行时间和最小执行时间等。这几个方法在线程池里是空方法。
protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) { }
