线程池的实现原理以及使用流程
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
1 public void execute(Runnable command) {
2 if (command == null)
3 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
4 if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {
//线程池处于运行状态并且加入队列成功
5 if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {
6 if (runState != RUNNING || poolSize == 0)
7 ensureQueuedTaskHandled(command);
8 }
//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）
9 else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))
//创建线程失败，则采取阻塞处理的方式
10 reject(command); // is shutdown or saturated
11 }
12 }
2、创建线程的方法：addIfUnderCorePoolSize(command)
1 private boolean addIfUnderCorePoolSize(Runnable firstTask) {
2 Thread t = null;
3 final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
4 mainLock.lock();
5 try {
6 if (poolSize < corePoolSize && runState == RUNNING)
7 t = addThread(firstTask);
8 } finally {
9 mainLock.unlock();
10 }
11 if (t == null)
12 return false;
13 t.start();
14 return true;
15 }
我们重点来看第7行：
1 private Thread addThread(Runnable firstTask) {
2 Worker w = new Worker(firstTask);
3 Thread t = threadFactory.newThread(w);
4 if (t != null) {
5 w.thread = t;
6 workers.add(w);
7 int nt = ++poolSize;
8 if (nt > largestPoolSize)
9 largestPoolSize = nt;
10 }
11 return t;
12 }
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
1 public class ThreadPoolTest implements Runnable
2 {
3 @Override
4 public void run()
5 {
6 try
7 {
8 Thread.sleep(300);
9 }
10 catch (InterruptedException e)
11 {
12 e.printStackTrace();
13 }
14 }
15 }
2、线程池循环运行16个线程：
1 public static void main(String[] args)
2 {
3 LinkedBlockingQueue queue =
4 new LinkedBlockingQueue(5);
5 ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60, TimeUnit.SECONDS, queue);
6 for (int i = 0; i < 16 ; i++)
7 {
8 threadPool.execute(
9 new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + "")));
10 System.out.println("线程池中活跃的线程数： " + threadPool.getPoolSize());
11 if (queue.size() > 0)
12 {
13 System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size());
14 }
15 }
16 threadPool.shutdown();
17 }
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：
1 public static void main(String[] args)
2 {
3 LinkedBlockingQueue queue =
4 new LinkedBlockingQueue(3);
5 RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();
6
7 ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue,handler);
8 for (int i = 0; i < 9 ; i++)
9 {
10 threadPool.execute(
11 new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + "")));
12 System.out.println("线程池中活跃的线程数： " + threadPool.getPoolSize());
13 if (queue.size() > 0)
14 {
15 System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size());
16 }
17 }
18 threadPool.shutdown();
19 }
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());
JAVA线程池原理详解二
Executor框架的两级调度模型
在HotSpot VM的模型中，JAVA线程被一对一映射为本地操作系统线程。JAVA线程启动时会创建一个本地操作系统线程，当JAVA线程终止时，对应的操作系统线程也被销毁回收，而操作系统会调度所有线程并将它们分配给可用的CPU。
在上层，JAVA程序会将应用分解为多个任务，然后使用应用级的调度器（Executor）将这些任务映射成固定数量的线程；在底层，操作系统内核将这些线程映射到硬件处理器上。
Executor框架类图
在前面介绍的JAVA线程既是工作单元，也是执行机制。而在Executor框架中，我们将工作单元与执行机制分离开来。Runnable和Callable是工作单元（也就是俗称的任务），而执行机制由Executor来提供。这样一来Executor是基于生产者消费者模式的，提交任务的操作相当于生成者，执行任务的线程相当于消费者。
1、从类图上看，Executor接口是异步任务执行框架的基础，该框架能够支持多种不同类型的任务执行策略。
public interface Executor {
void execute(Runnable command);
}
Executor接口就提供了一个执行方法，任务是Runnbale类型，不支持Callable类型。
2、ExecutorService接口实现了Executor接口，主要提供了关闭线程池和submit方法：
public interface ExecutorService extends Executor {
List shutdownNow();
boolean isTerminated();
Future submit(Callable task);
}
另外该接口有两个重要的实现类：ThreadPoolExecutor与ScheduledThreadPoolExecutor。
其中ThreadPoolExecutor是线程池的核心实现类，用来执行被提交的任务；而ScheduledThreadPoolExecutor是一个实现类，可以在给定的延迟后运行任务，或者定期执行命令。
在上一篇文章中，我是使用ThreadPoolExecutor来通过给定不同的参数从而创建自己所需的线程池，但是在后面的工作中不建议这种方式，推荐使用Exectuors工厂方法来创建线程池
这里先来区别线程池和线程组（ThreadGroup与ThreadPoolExecutor）这两个概念：
a、线程组就表示一个线程的集合。
b、线程池是为线程的生命周期开销问题和资源不足问题提供解决方案，主要是用来管理线程。
Executors可以创建3种类型的ThreadPoolExecutor：SingleThreadExecutor、FixedThreadExecutor和CachedThreadPool
a、SingleThreadExecutor：单线程线程池
ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue()));
}
我们从源码来看可以知道，单线程线程池的创建也是通过ThreadPoolExecutor，里面的核心线程数和线程数都是1，并且工作队列使用的是无界队列。由于是单线程工作，每次只能处理一个任务，所以后面所有的任务都被阻塞在工作队列中，只能一个个任务执行。
b、FixedThreadExecutor：固定大小线程池
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue());
}
这个与单线程类似，只是创建了固定大小的线程数量。
c、CachedThreadPool:无界线程池
ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue());
}
无界线程池意味着没有工作队列，任务进来就执行，线程数量不够就创建，与前面两个的区别是：空闲的线程会被回收掉，空闲的时间是60s。这个适用于执行很多短期异步的小程序或者负载较轻的服务器。
Callable、Future、FutureTash详解
Callable与Future是在JAVA的后续版本中引入进来的，Callable类似于Runnable接口，实现Callable接口的类与实现Runnable的类都是可以被线程执行的任务。
三者之间的关系：
Callable是Runnable封装的异步运算任务。
Future用来保存Callable异步运算的结果
FutureTask封装Future的实体类
1、Callable与Runnbale的区别
a、Callable定义的方法是call，而Runnable定义的方法是run。
b、call方法有返回值，而run方法是没有返回值的。
c、call方法可以抛出异常，而run方法不能抛出异常。
2、Future
Future表示异步计算的结果，提供了以下方法，主要是判断任务是否完成、中断任务、获取任务执行结果
1 public interface Future{ 2 3 boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning); 4 5 boolean isCancelled(); 6 7 boolean isDone(); 8 9 V get() throws InterruptedException, ExecutionException; 10 11 V get(long timeout, TimeUnit unit) 12 throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException; 13 }
3、FutureTask
可取消的异步计算，此类提供了对Future的基本实现，仅在计算完成时才能获取结果，如果计算尚未完成，则阻塞get方法。
public class FutureTaskimplements RunnableFuture
public interface RunnableFutureextends Runnable, Future
FutureTask不仅实现了Future接口，还实现了Runnable接口，所以不仅可以将FutureTask当成一个任务交给Executor来执行，还可以通过Thread来创建一个线程。
Callable与FutureTask
定义一个callable的任务：
1 public class MyCallableTask implements Callable2 { 3 @Override 4 public Integer call() 5 throws Exception 6 { 7 System.out.println("callable do somothing"); 8 Thread.sleep(5000); 9 return new Random().nextInt(100); 10 } 11 }
1 public class CallableTest
2 {
3 public static void main(String[] args) throws Exception
4 {
5 Callable callable = new MyCallableTask();
6 FutureTask future = new FutureTask(callable);
7 Thread thread = new Thread(future);
8 thread.start();
9 Thread.sleep(100);
10 //尝试取消对此任务的执行
11 future.cancel(true);
12 //判断是否在任务正常完成前取消
13 System.out.println("future is cancel:" + future.isCancelled());
14 if(!future.isCancelled())
15 {
16 System.out.println("future is cancelled");
17 }
18 //判断任务是否已完成
19 System.out.println("future is done:" + future.isDone());
20 if(!future.isDone())
21 {
22 System.out.println("future get=" + future.get());
23 }
24 else
25 {
26 //任务已完成
27 System.out.println("task is done");
28 }
29 }
30 }
执行结果：
callable do somothing future is cancel:true future is done:true task is done
这个DEMO主要是通过调用FutureTask的状态设置的方法，演示了状态的变迁。
a、第11行，尝试取消对任务的执行，该方法如果由于任务已完成、已取消则返回false，如果能够取消还未完成的任务，则返回true，该DEMO中由于任务还在休眠状态，所以可以取消成功。
future.cancel(true);
b、第13行，判断任务取消是否成功：如果在任务正常完成前将其取消，则返回true
System.out.println("future is cancel:" + future.isCancelled());
c、第19行，判断任务是否完成：如果任务完成，则返回true，以下几种情况都属于任务完成：正常终止、异常或者取消而完成。
我们的DEMO中，任务是由于取消而导致完成。
System.out.println("future is done:" + future.isDone());
d、在第22行，获取异步线程执行的结果，我这个DEMO中没有执行到这里，需要注意的是，future.get方法会阻塞当前线程， 直到任务执行完成返回结果为止。
System.out.println("future get=" + future.get());
Callable与Future
public class CallableThread implements Callable{ @Override public String call() throws Exception { System.out.println("进入Call方法，开始休眠，休眠时间为：" + System.currentTimeMillis()); Thread.sleep(10000); return "今天停电"; } public static void main(String[] args) throws Exception { ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor(); Callable call = new CallableThread(); Future fu = es.submit(call); es.shutdown(); Thread.sleep(5000); System.out.println("主线程休眠5秒，当前时间" + System.currentTimeMillis()); String str = fu.get(); System.out.println("Future已拿到数据，str=" + str + ";当前时间为：" + System.currentTimeMillis()); } }
执行结果：
进入Call方法，开始休眠，休眠时间为：1478606602676 主线程休眠5秒，当前时间1478606608676 Future已拿到数据，str=今天停电;当前时间为：1478606612677
这里的future是直接扔到线程池里面去执行的。由于要打印任务的执行结果，所以从执行结果来看，主线程虽然休眠了5s，但是从Call方法执行到拿到任务的结果，这中间的时间差正好是10s，说明get方法会阻塞当前线程直到任务完成。
通过FutureTask也可以达到同样的效果：
public static void main(String[] args) throws Exception
{
ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
Callable call = new CallableThread();
FutureTask task = new FutureTask(call);
es.submit(task);
es.shutdown();
Thread.sleep(5000);
System.out.println("主线程等待5秒，当前时间为：" + System.currentTimeMillis());
String str = task.get();
System.out.println("Future已拿到数据，str=" + str + ";当前时间为：" + System.currentTimeMillis());
}
以上的组合可以给我们带来这样的一些变化：
如有一种场景中，方法A返回一个数据需要10s,A方法后面的代码运行需要20s，但是这20s的执行过程中，只有后面10s依赖于方法A执行的结果。如果与以往一样采用同步的方式，势必会有10s的时间被浪费，如果采用前面两种组合，则效率会提高：
1、先把A方法的内容放到Callable实现类的call()方法中
2、在主线程中通过线程池执行A任务
3、执行后面方法中10秒不依赖方法A运行结果的代码
4、获取方法A的运行结果，执行后面方法中10秒依赖方法A运行结果的代码
这样代码执行效率一下子就提高了，程序不必卡在A方法处。