什么是线程池，线程池的实现原理。

什么是线程池？

线程池是一种多线程处理形式，处理过程中将任务添加到队列，然后在创建线程后自动启动这些任务。线程池线程都是后台线程。每个线程都使用默认的堆栈大小，以默认的优先级运行，并处于多线程单元中。如果某个线程在托管代码中空闲（如正在等待某个事件）,则线程池将插入另一个辅助线程来使所有处理器保持繁忙。如果所有线程池线程都始终保持繁忙，但队列中包含挂起的工作，则线程池将在一段时间后创建另一个辅助线程但线程的数目永远不会超过最大值。超过最大值的线程可以排队，但他们要等到其他线程完成后才启动。

在Java中使用线程池

线程池的种类

Java中有三个比较常用的线程池，分别是FixedThreadPool，SingleThreadExecutor，CachedThreadPool。

1. FixedThreadPool
   　　这是一个线程数固定的线程池，当这个线程池被创建的时候，池里的线程数就已经固定了。当需要运行的线程数量大体上变化不大时，适合使用这种线程池。固定数量还有一个好处，它可以一次性支付高昂的创建线程的开销，之后再使用的时候就不再需要这种开销。
2. SingleThreadExecutor
   　　这是一个线程数量为1的线程池，所有提交的这个线程池的任务都会按照提交的先后顺序排队执行。单个线程执行有个好处：由于任务之间没有并发执行，因此提交到线程池种的任务之间不会相互干扰。程序执行的结果更具有确定性。
3. CachedThreadPool
   　　一看到Cache就知道这是一个和缓存有关的线程池，每次有任务提交到线程池的时候，如果池中没有空闲的线程，线程池就会为这个任务创建一个线程，如果有空闲的线程，就会使用已有的空闲线程执行任务。有的人可能会有个疑惑：这样线程不就越来越多了吗？其实不是的，这个线程池还有一个销毁机制，如果一个线程60秒之内没有被使用过，这个线程就会被销毁，这样就节省了很多资源。CachedThreadPool是一个比较通用的线程池，它在多数情况下都能表现出优良的性能。以后编码的时候，遇事不决，用缓存（线程池）。

线程池的使用

ExecutorService是所有的线程池都实现了的接口，用这个接口可以定义句柄。

Executors类用于创建不同种类的线程池，Executors.new***()方法就可以返回一个线程池的对象，***表示线程池的名字。
具体代码如下：

public class CreateThreadPool{
    public static void main(String[] args) {
        //定义一个有5个线程的线程池
        ExecutorService fixedTP = Executors.newFixedThreadPool(5);
        ExecutorService singleTE = Executors.newSingleThreadExecutor();
        ExecutorService cachedTP = Executors.newCachedThreadPool();
    }
}

不同的线程池之间只有定义的方式略有区别，使用方法是完全相同的。下面以缓存线程池为例来介绍线程池的使用方法：

class ExampleThread implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Do something");
    }
}
public class UseThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService cachedTP = Executors.newCachedThreadPool();
        cachedTP.execute(new ExampleThread());
        cachedTP.shutdown();
    }
}

ExampleThread实现了Runnable接口，我们没有使用Thread类创建线程，而是使用的线程池，直接调用线程池的execute()方法并将ExampleThread的对象传进去就可以创建线程了，execute()方法可以接收任何实现Runnable接口的类的对象。使用线程池的时候别忘了调用shutdown()方法关闭线程池。继承自Thread类的对象也可以用同样的方式创建线程，因为Thread类也实现了Runnable接口。
　　可以通过实现Callable接口创建线程，这个线程就不能使用execute()方法了。线程池还有另一个方法：submit()方法接收实现Callable接口的的对象，同时还有一个重载的方法，重载方法接收实现Runnable方法的类。也就是说不管是实现了Runnable还是Callable的类都可以作为它的参数。submit()方法还有一个Future类型的返回值，Future用于获取线程的返回值，Future是一个有泛型的类，泛型的类型与Callable的泛型相同。演示代码如下：

class ExampleThread implements Callable<String> {
    @Override
    public String call() {
        return "Some Value";
    }
}
public class UseThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService cachedTP = Executors.newCachedThreadPool();
        Future<String> future = cachedTP.submit(new ExampleThread());
        try {
            String value = future.get();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        cachedTP.shutdownNow();
    }
}

future.get()方法，这个方法会阻塞当前线程，一直等到线程池里相应的线程执行结束的时候当前线程才会解除阻塞。因此，这个get()方法也是只有等到不得不用返回值的时候才会调用，否则会影响程序运行的效率。
　　
　　shutdown()方法还有一个孪生兄弟shutdownNow()，两者区别如下：
　　shutdown()：调用这个方法之后就线程池就不会再接收其它任务了。
　　shutdownNow()：调用这个方法会向所有的线程发一个中断信号（如果线程选择忽略，这个线程还是会继续执行），并且不再执行排队中的任务，将排队中的任务作为返回值返回（List<Runnable）。

线程池的优点

1、线程是稀缺资源，使用线程池可以减少创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以重复使用。

2、可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线程的数量，防止因为消耗过多内存导致服务器崩溃。

线程池的实现原理

提交一个任务到线程池中，线程池的处理流程如下：

1、判断线程池里的核心线程是否都在执行任务，如果不是（核心线程空闲或者还有核心线程没有被创建）则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程都在执行任务，则进入下个流程。

2、线程池判断工作队列是否已满，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。

3、判断线程池里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。

线程池的源码解读

1、ThreadPoolExecutor的execute()方法

public void execute(Runnable command) {
         if (command == null)
            throw new NullPointerException();
　　　　　　 //如果线程数大于等于基本线程数或者线程创建失败，将任务加入队列
        if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {
　　　　　　　　　　//线程池处于运行状态并且加入队列成功
           if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {
                if (runState != RUNNING || poolSize == 0)
                    ensureQueuedTaskHandled(command);
            }
　　　　　　　　　//线程池不处于运行状态或者加入队列失败，则创建线程（创建的是非核心线程）
            else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))
　　　　　　　　　　　//创建线程失败，则采取阻塞处理的方式
               reject(command); // is shutdown or saturated
       }
   }
   

2、创建线程的方法：addIfUnderCorePoolSize(command)

private boolean addIfUnderCorePoolSize(Runnable firstTask) {
         Thread t = null;
         final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
         try {
            if (poolSize < corePoolSize && runState == RUNNING)
                t = addThread(firstTask);
         } finally {
           mainLock.unlock();
         }
        if (t == null)
             return false;
         t.start();
         return true;
   }

我们重点来看第7行：

private Thread addThread(Runnable firstTask) {
         Worker w = new Worker(firstTask);
         Thread t = threadFactory.newThread(w);
        if (t != null) {
             w.thread = t;
         workers.add(w);
         int nt = ++poolSize;
            if (nt > largestPoolSize)
                largestPoolSize = nt;
         }
         return t;
    }
    

这里将线程封装成工作线程worker，并放入工作线程组里，worker类的方法run方法：

 public void run() {
            try {
                Runnable task = firstTask;
                firstTask = null;
                while (task != null || (task = getTask()) != null) {
                    runTask(task);
                    task = null;
                }
            } finally {
                workerDone(this);
            }
        }
        

worker在执行完任务后，还会通过getTask方法循环获取工作队里里的任务来执行。

我们通过一个程序来观察线程池的工作原理：

1、创建一个线程

public class ThreadPoolTest implements Runnable
  {
     @Override
     public void run()
     {
         try
        {
            Thread.sleep(300);
        }
        catch (InterruptedException e)
         {
             e.printStackTrace();
        }
     }
 }
 

2、线程池循环运行16个线程：

  public static void main(String[] args)
      {
        LinkedBlockingQueue<Runnable> queue =
             new LinkedBlockingQueue<Runnable>(5);
        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60, TimeUnit.SECONDS, queue);
         for (int i = 0; i < 16 ; i++)
         {
             threadPool.execute(
                 new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + "")));
             System.out.println("线程池中活跃的线程数： " + threadPool.getPoolSize());
            if (queue.size() > 0)
            {
                 System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size());
             }
         }
        threadPool.shutdown();
     }

执行结果：

线程池中活跃的线程数： 1
线程池中活跃的线程数： 2
线程池中活跃的线程数： 3
线程池中活跃的线程数： 4
线程池中活跃的线程数： 5
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数1
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数2
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数4
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 6
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 7
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 8
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 9
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 10
----------------队列中阻塞的线程数5
Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task Thread[Thread15,5,main] rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@232204a1[Running, pool size = 10, active threads = 10, queued tasks = 5, completed tasks = 0]
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2047)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:823)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1369)
    at test.ThreadTest.main(ThreadTest.java:17)

从结果可以观察出：
1、创建的线程池具体配置为：核心线程数量为5个；全部线程数量为10个；工作队列的长度为5。

2、我们通过queue.size()的方法来获取工作队列中的任务数。

3、运行原理：

刚开始都是在创建新的线程，达到核心线程数量5个后，新的任务进来后不再创建新的线程，而是将任务加入工作队列，任务队列到达上线5个后，新的任务又会创建新的普通线程，直到达到线程池最大的线程数量10个，后面的任务则根据配置的饱和策略来处理。我们这里没有具体配置，使用的是默认的配置AbortPolicy:直接抛出异常。

当然，为了达到我需要的效果，上述线程处理的任务都是利用休眠导致线程没有释放！！！

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，那么必须对新提交的任务采用一种特殊的策略来进行处理。这个策略默认配置是AbortPolicy，表示无法处理新的任务而抛出异常。JAVA提供了4中策略：
1、AbortPolicy：直接抛出异常

2、CallerRunsPolicy：只用调用所在的线程运行任务

3、DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。

4、DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。
我们现在用第四种策略来处理上面的程序：

 public static void main(String[] args)
    {
        LinkedBlockingQueue<Runnable> queue =
           new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3);
       RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();

       ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue,handler);
          for (int i = 0; i < 9 ; i++)
       {
           threadPool.execute(
                new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + "")));
            System.out.println("线程池中活跃的线程数： " + threadPool.getPoolSize());
             if (queue.size() > 0)
            {
                 System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size());
             }
         }
         threadPool.shutdown();
    }
    

执行结果：

线程池中活跃的线程数： 1
线程池中活跃的线程数： 2
线程池中活跃的线程数： 2
----------------队列中阻塞的线程数1
线程池中活跃的线程数： 2
----------------队列中阻塞的线程数2
线程池中活跃的线程数： 2
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 3
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 4
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数3

这里采用了丢弃策略后，就没有再抛出异常，而是直接丢弃。在某些重要的场景下，可以采用记录日志或者存储到数据库中，而不应该直接丢弃。

设置策略有两种方式：
1、

 RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();
 ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue,handler);

2、

ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue);
threadPool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());