一、线程池简介
线程池的使用主要是解决两个问题：①当执行大量异步任务的时候线程池能够提供更好的性能，在不使用线程池时候，每当需要执行异步任务的时候直接new一个线程来运行的话，线程的创建和销毁都是需要开销的。而线程池中的线程是可复用的，不需要每次执行异步任务的时候重新创建和销毁线程；②线程池提供一种资源限制和管理的手段，比如可以限制线程的个数，动态的新增线程等等。
二、ThreadPoolExecutor类
1、我们先简单看一下关于ThreadPoolExecutor的一些成员变量以及其所表示的含义
ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService，其中的成员变量ctl是一个Integer类型的原子变量，用来记录线程池的状态和线程池中的线程的个数，类似于前面讲到的读写锁中使用一个变量保存两种信息。这里（Integer看做32位）ctl高三位表示线程池的状态，后面的29位表示线程池中的线程个数。如下所示是ThreadPoolExecutor源码中的成员变量
1 //（高3位）表示线程池状态，（低29位）表示线程池中线程的个数； 2 // 默认状态是RUNNING，线程池中线程个数为0 3 private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0)); 4 5 //表示具体平台下Integer的二进制位数-3后的剩余位数表示的数才是线程的个数; 6 //其中Integer.SIZE=32,-3之后的低29位表示的就是线程的个数了 7 private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3; 8 9 //线程最大个数（低29位）00011111111111111111111111111111（1<<29-1） 10 private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1; 11 12 //线程池状态（高3位表示线程池状态） 13 //111 00000000000000000000000000000 14 private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS; 15 16 //000 00000000000000000000000000000 17 private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS; 18 19 //001 00000000000000000000000000000 20 private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS; 21 22 //010 00000000000000000000000000000 23 private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS; 24 25 //011 00000000000000000000000000000 26 private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS; 27 28 //获取高3位（运行状态）==> c & 11100000000000000000000000000000 29 private static int runStateOf(int c) { return c & ~CAPACITY; } 30 31 //获取低29位（线程个数）==> c & 00011111111111111111111111111111 32 private static int workerCountOf(int c) { return c & CAPACITY; } 33 34 //计算原子变量ctl新值（运行状态和线程个数） 35 private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }
下面我们简单解释一下上面的线程状态的含义：
①RUNNING：接受新任务并处理阻塞队列中的任务
②SHUTDOWN：拒绝新任务但是处理阻塞队列中的任务
③STOP：拒绝新任务并抛弃阻塞队列中的任务，同时会中断当前正在执行的任务
④TIDYING：所有任务执行完之后（包含阻塞队列中的任务）当前线程池中活跃的线程数量为0，将要调用terminated方法
⑥TERMINATED：终止状态。terminated方法调用之后的状态
2、下面初步了解一下ThreadPoolExecutor的参数以及实现原理
①corePoolSize：线程池核心现车个数
②workQueue：用于保存等待任务执行的任务的阻塞队列（比如基于数组的有界阻塞队列ArrayBlockingQueue、基于链表的无界阻塞队列LinkedBlockingQueue等等）
③maximumPoolSize：线程池最大线程数量
④ThreadFactory：创建线程的工厂
⑤RejectedExecutionHandler：拒绝策略，表示当队列已满并且线程数量达到线程池最大线程数量的时候对新提交的任务所采取的策略，主要有四种策略：AbortPolicy（抛出异常）、CallerRunsPolicy（只用调用者所在线程来运行该任务）、DiscardOldestPolicy（丢掉阻塞队列中最近的一个任务来处理当前提交的任务）、DiscardPolicy（不做处理，直接丢弃掉）
⑥keepAliveTime：存活时间，如果当前线程池中的数量比核心线程数量多，并且当前线程是闲置状态，该变量就是这些线程的最大生存时间
⑦TimeUnit：存活时间的时间单位。
根据上面的参数介绍，简单了解一下线程池的实现原理，以提交一个新任务为开始点，分析线程池的主要处理流程
3、关于一些线程池的使用类型
①newFixedThreadPool：创建一个核心线程个数和最大线程个数均为nThreads的线程池，并且阻塞队列长度为Integer.MAX_VALUE,keepAliveTime=0说明只要线程个数比核心线程个数多并且当前空闲即回收。
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()); }
②newSingleThreadExecutor：创建一个核心线程个数和最大线程个数都为1 的线程池，并且阻塞队列长度为Integer.MAX_VALUE，keepAliveTime=0说明只要线程个数比核心线程个数多并且当前线程空闲即回收该线程。
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() { return new FinalizableDelegatedExecutorService (new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>())); }
③newCachedThreadPoolExecutor：创建一个按需创建线程的线程池，初始线程个数为0，最多线程个数为Integer.MAX_VALUE，并且阻塞队列为同步队列（最多只有一个元素），keepAliveTime=60说明只要当前线程在60s内空闲则回收。这个类型的线程池的特点就是：加入同步队列的任务会被马上执行，同步队列中最多只有一个任务
public static ExecutorService newCachedThreadPool() { return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>()); }
4、ThreadPoolExecutor中的其他成员
其中的ReentrantLock可参考前面写到的Java中的锁——Lock和synchronized，其中降到了ReentrantLock的具体实现原理；
关于AQS部分可参考前面说到的Java中的队列同步器AQS，也讲到了关于AQS的具体实现原理分析；
关于条件队列的相关知识可参考前面写的Java中的线程协作之Condition，里面说到了关于Java中线程协作Condition的实现原理；
//独占锁，用来控制新增工作线程Worker操作的原子性 private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock(); //工作线程集合，Worker继承了AQS接口和Runnable接口，是具体处理任务的线程对象 //Worker实现AQS，并自己实现了简单不可重入独占锁，其中state=0表示当前锁未被获取状态，state=1表示锁被获取， //state=-1表示Work创建时候的默认状态，创建时候设置state=-1是为了防止runWorker方法运行前被中断 private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>(); //termination是该锁对应的条件队列，在线程调用awaitTermination时候用来存放阻塞的线程 private final Condition termination = mainLock.newCondition();
三、 源码分析
1、public void execute(Runnable command)方法实现
executor方法的作用是提交任务command到线程池执行，可以简单的按照下面的图进行理解，ThreadPoolExecutor的实现类似于一个生产者消费者模型，当用户添加任务到线程池中相当于生产者生产元素，workers工作线程则直接执行任务或者从任务队列中获取任务，相当于消费之消费元素。
1 public void execute(Runnable command) { 2 //（1）首先检查任务是否为null，为null抛出异常，否则进行下面的步骤 3 if (command == null) 4 throw new NullPointerException(); 5 //（2）ctl值中包含了当前线程池的状态和线程池中的线程数量 6 int c = ctl.get(); 7 //（3）workerCountOf方法是获取低29位，即获取当前线程池中的线程个数，如果小于corePoolSize，就开启新的线程运行 8 if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { 9 if (addWorker(command, true)) 10 return; 11 c = ctl.get(); 12 } 13 //（4）如果线程池处理RUNNING状态，就添加任务到阻塞队列中 14 if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { 15 //（4-1）二次检查，获取ctl值 16 int recheck = ctl.get(); 17 //（4-2）如果当前线程池不是出于RUNNING状态，就从队列中删除任务，并执行拒绝策略 18 if (! isRunning(recheck) && remove(command)) 19 reject(command); 20 //（4-3）否则，如果线程池为空，就添加一个线程 21 else if (workerCountOf(recheck) == 0) 22 addWorker(null, false); 23 } 24 //（5）如果队列满，则新增线程，如果新增线程失败，就执行拒绝策略 25 else if (!addWorker(command, false)) 26 reject(command); 27 }
我们在看一下上面代码的执行流程，按照标记的数字进行分析：
步骤（3）判断当前线程池中的线程个数是否小于corePoolSize，如果小于核心线程数，会向workers里面新增一个核心线程执行任务。
如果当前线程池中的线程数量大于核心线程数，就执行（4）。（4）首先判断当前线程池是否处于RUNNING状态，如果处于该状态，就添加任务到任务队列中，这里需要判断线程池的状态是因为线程池可能已经处于非RUNNING状态，而在非RUNNING状态下是需要抛弃新任务的。
如果想任务队列中添加任务成功，需要进行二次校验，因为在添加任务到任务队列后，可能线程池的状态发生了变化，所以这里需要进行二次校验，如果当前线程池已经不是RUNNING状态了，需要将任务从任务队列中移除，然后执行拒绝策略；如果二次校验通过，则执行4-3代码重新判断当前线程池是否为空，如果线程池为空没有线程，那么就需要新创建一个线程。
如果上面的步骤（4）创建添加任务失败，说明队列已满，那么（5）会尝试再开启新的线程执行任务（类比上图中的thread3和thread4，即不是核心线程的那些线程），如果当前线程池中的线程个数已经大于最大线程数maximumPoolSize，表示不能开启新的线程。这就属于线程池满并且任务队列满，就需要执行拒绝策略了。