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概述
首先思考，为什么要复用线程，使用线程池？需要的时候新创建一个，不用的时候再关闭不就挺好的？
线程的创建和销毁涉及到系统调用等等，是比较消耗 CPU 资源的。如果线程本身执行的任务时间短，创建和销毁线程所耗费的资源就会占很大比例，对系统起源和运行时间上是一个瓶颈。
我们的任务会被封装在 Runnable 中，在线程启动的时候去执行。那么，如果这些任务执行都很快，又不想把时间浪费在线程的创建和销毁上，怎么办？这时候线程池 ThreadPoolExecutor 就派上了用场，它管理着那些创建好的线程，并根据不同的策略，把任务一个一个地执行下去，不用急着关闭。
线程池本身就是享元模式的应用。同时对线程有合理的退出机制，如果线程长时间没有任务可以执行，也是很消耗系统资源的。因此，我们在配置线程池的时候这方面也要考虑好。因为线程被线程池管理着，所以还可以对线程的执行进行监控。
根据网上一些优秀的讲线程池的博文分析，总结一下使用线程池会有这样的优势：
- 降低资源消耗，线程频繁的创建和销毁的消耗可以降低。
- 提高响应速度，两个线程如果被分配到不同的 CPU 内核上运行，任务可以真实的并发完成。
- 提供线程的可管理性，比如对线程的执行任务过程的监控。
ThreadPoolExecutor 是大神 Doug Lea 在 java.util.concurrent 包提供一个大轮子，很好地满足了各个应用场景对于线程池的需求。大部分开源项目和应用，都是使用该线程池。
大部分人停留在对基本配置的熟悉上面。简单来说，就是熟读该产品的使用说明书。对于大部分使用者和大部分应用场景来说，这个是够的。但我们除了熟悉轮子的使用姿势，知其然更要知其所以然，熟悉原理和机制，这样才能够去处理一些棘手的问题，深挖出一些优化点，最大限度地去提高线程的使用性能。同样也为我们的代码设计有打来的反馈，吸收大神的精华，提高代码逼格。
本次的 ThreadPoolExecutor 分析，基于 JDK 1.8。建议在计算机上阅读该文章。因为篇幅过长，对整体文章进行了切割，分成了几篇。
寻根问祖：继承关系
这里沿着线程池基因的痕迹，去探索线程的父辈们。线程池继承了他们的什么特殊才华，或者实现了他们定下的什么规矩。
整个继承关系如下：
Executor 接口，只是一个执行器，只定义了一个 execute 用来执行 Runnable 任务。
public interface Executor {
void execute(Runnable command);
}子类的实现，可以对任务的执行制定各种策略，比如：
- 是同步执行还是异步执行。
- 是直接执行，还是是放入任务队列延迟执行。
ThreadPoolExecutor 作为它的实现类，完善了整个执行任务的策略，内部管理着工作线程队列和任务队列，实现了多线程并发执行任务。
ExecutorService 接口，为执行器增加了对执行器生命周期的管理。还扩展了可执行任务的类型，对 Callable 类型任务的支持，返回 Future 来提供给调用者。
涉及到的生命周期的处理方法有：
- shutdown
- shutdownNow
- awaitTermination
- isTerminated
- isShutdown
可以看到主要是对执行器对一些关闭处理。ThreadPoolExecutor 实现了这些方法，比如使用 shutdown 来关闭线程池。但是线程池不会马上关闭，所以还可以继续调用 awaitTermination 方法来阻塞等待线程池正式关闭。
AbstractExecutorService 抽象类，添加一些执行多任务的工具方法，并对 ExecutorService 的 submit 方法提供默认实现，可供子类直接使用。
有始有终：生命周期
线程池也是有生命的，和世界万物一样，有始有终。
要理解 JDK 给我们造的线程池轮子 ThreadPoolExecutor，有必要熟悉一下它生命的每个阶段。
这些阶段对应的具体的状态有这 5 种：
- RUNNING，运行状态。接受新的任务，并且把任务入列。线程池里的线程会从队列中取任务执行。
- SHUTDOWN，关闭状态。无法接受新任务，但会继续执行队列中的任务。这个期间，如果线程池没有线程，但是任务队列中还有任务，那么线程池会开启新的线程把任务执行完。当线程池在 RUNNING 的情况下，调用 shutdown 或者 finalize 方法会进入到 SHUTDOWN 状态。
- STOP，停止状态。无法接受新任务，不会继续执行队列中的任务，并且会对线程池中正在执行的线程设置中断。当线程池处于 RUNNING 或者 SHUTDOWN 的情况下，调用 shutdownNow 方法会进入 STOP 状态。如果还有任务未执行完成，shutdownNow 会把未完成的任务返回。
- TIDYING，整理状态。当所有任务结束，工作者数量也为 0，会进入该状态并且调用
terminated()钩子方法。这个钩子方法由子类实现，用来执行进行最后的关闭操作。 - TERMINATED，终止状态。
terminated()钩子方法执行完毕。
这个生命周期如下：
在我们平时的使用中，基本处于 RUNNING 状态。在进入 SHUTDOWN 或者 STOP 后，还会做一些收尾工作，等都处理好了，线程池进入 TIDYING 状态，调用完钩子方法 terminated() 后就进入 TERMINATED 状态了，线程池走完了它的一生。
妙手生花：使用姿势
这里先聊聊线程池的一些配置和常规使用。线程池的构造如下：
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler);这些参数都有什么意义，这里做个简单介绍。
配置信息
- corePoolSize，核心线程数。这个也就是线程常务工作线程，如果没有设置核心线程也要受超时控制（allowCoreThreadTimeout）的话，基本上线程池不关闭都在不会关闭。只要当我们执行某个任务时，没有达到核心线程数的话，是会直接创建新的线程。
- maximumPoolSize，最大线程数量。当核心线程数满了，然后队列又满了，这个配置开始生效。如果当前有效工作线程数量小于最大线程数量，会再创建新的线程。
- keepAliveTime 和 unit，线程池中线程的空闲时间限制。也称为保活时间。TimeUnit 用来指定 keepAliveTime 的时间单位。这个时间在线程最后调用阻塞队列的 workQueue 的 poll 方法时会设置
workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS)，这里用纳秒是因为外部传到线程池的时间会做一次转化this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);。 - workQueue，等待执行的任务队列，为阻塞队列 BlockingQueue 的实现。有个点要注意，如果等待队列选择了无界队列，比如没有设置最大容量的 LinkedBlockingQueue，会导致 maximumPoolSize 的设置失效。因为线程池，创建线程会先满足 corePoolSize 的限制，然后再加入任务队列 workQueue。只有任务队列不能再加任务的时候，线程池才会继续创建线程，直到线程数量到达 maximumPoolSize。而这里使用了无界队列，不会满，也就不会去创建数量大于 corePoolSize 的线程数。
ThreadFactory，用来创建新线程，新线程的命名、是否是守护线程、优先级等等都可以使用它。
handler，RejectedExecutionHandler 实例，当线程池没线程可用，任务队列也为空的情况下，会被任务交给这个 handler 处理。线程池默认使用 AbortPolicy 策略，直接抛出异常。
这里再补充一个配置
- allowCoreThreadTimeout，表示核心线程是否也要受超时时间 keepAliveTime 的限制。如果为 true，其实就没有核心线程的概念，所有的线程空闲时间达到 keepAliveTime，都可以执行线程退出操作。
常规线程池
Executors 工具类提供了多种比较常规的线程池配置，具体使用哪一种要看实际的业务场景。主要有这几种：
- FixedThreadPool
- SingleThreadPool
- CachedThreadPool
- ScheduledThreadPool
具体如下的配置和适用场景如下：
固定线程数线程池
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
threadFactory);
}核心线程数和最大线程数相同，超时时间为 0，使用无界队列。
如果没有设置 allowCoreThreadTimeout 为 true 的话，这些固定线程会一直待在线程池里，如果中途有某个线程发生异常退出了，线程池会马上新起一个线程补上，直到使用 shutdown 关闭线程池。
因为任务队列是无界队列，在正常运行的状态下，不会有任务被 reject 掉的。
适用于每个时间段执行的任务数相对稳定，数量不大，执行时间又比较长的场景。
单一线程数线程池
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
threadFactory));
}核心线程数和最大线程数都为 1，超时时间为 0，使用无界队列。
和固定线程数相似，只是线程数为固定为 1。和固定线程池不一样，这个线程池不允许重新配置，并且增加新的线程。为了满足这个需求，做了一个代理线程池 FinalizableDelegatedExecutorService，继承自 DelegatedExecutorService，把单线程线程池包裹住，代理线程池的行为，并且不再提供 setMaxmiumPoolSize 等方法来重新配置线程池。
这个线程池就没有并发问题了，都在这个线程执行的任务会顺序执行。
适合那些任务执行时间短，实时性要求又不高的场景。
缓存线程数线程池
public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>(),
threadFactory);
}核心线程数为0，最大线程数不做限制，超时时间为 60 秒，使用有界队列 SynchronousQueue，该队列没有实际容量，只用来做生产者和消费者之间的任务传递。
所以该线程池，在每个任务到达，没有线程可以执行会直接再启动一个。线程执行完任务后，没有新任务到达，会有 60s 的保活时间，这段时间没有新任务到达后线程就会直接关闭。
适用于那些任务量大，然后耗时时间比较少的场景。比如 OkHttp 的线程池的配置就和缓存线程数线程池的配置一样。
周期执行任务线程池
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(
int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory) {
return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize, threadFactory);
}直接创建一个 ScheduledThreadPoolExecutor。
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler) {
super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
new DelayedWorkQueue(), threadFactory, handler);
}核心线程数有设置，但最大线程数不做限制，使用了一个可延迟获取任务的无界队列 DelayedWorkQueue，可以实现定期执行任务的特点。
所以可以用来执行定时任务，或者有固定周期执行的任务。