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并发编程系列（1）- 线程池原理

一、线程池基本原理分析

1、什么是线程池

线程池就是一种池化技术，核心思想就是事先创建多个线程，将线程资源放到池子中，这样任务到达时可以不需要等到线程创建就能立刻去执行。
创建线程池的好处：

降低资源消耗。线程池可避免大量线程的创建于销毁造成的消耗。
提高响应速度。任务到达时，线程池中线程可立即去执行，无需等待线程的创建。
提高线程的可管理性。利用线程池可以进行统一分配、调优和监控。

2、线程池原理

当向线程池提交一个任务的时候，工作原理如下：
（1）首先判断核心线程池中（corePool）线程是否都在执行任务。如果不是，则在核心线程池中创建一个线程来执行任务。如果核心线程池的线程都在执行任务，则进入第2步；
（2）判断工作队列（BlockingQueue）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工作队列中（此时核心线程池中的某个线程执行完任务后，就会执行工作队列中存储的任务）。如果工作队列已经满了，则进入第3步；
（3）判断线程池(maximumPool)所有线程是否都处在工作状态，如果不是，则创建一个线程来执行任务（注：非核心线程池中的线程）；如果是，则交给饱和策略来处理这个任务。

线程池工作原理示意图如下图所示：

3、线程池ThreadPoolExecutor源码分析

线程池的核心实现类是ThreadPoolExecutor，所以首先看看ThreadPoolExecutor中最重要的方法：execute()。
注：下面源码来自JDK 1.8.

public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
    
        int c = ctl.get();
        // 1、如果当前线程数小于核心线程数，就在核心线程池中创建线程执行任务
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            //true-代表在corePool中创建线程，添加成功返回
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }
        
        // 2、若线程数大于等于corePool线程数量，就将任务放入队列workQueue
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            int recheck = ctl.get();
            // 再次确认线程池是否正在运行（可能崩溃了），如果不是就将刚刚添加的任务移除
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
            // 3、检查正在工作的线程数，如果为0表示corePool都执行完成并停止，呢么需要在maximumPool中添加线程，执行任务
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                // false-代表在maximum中添加线程
                addWorker(null, false);
        }
         // 4、如果超过maximumPool最大线程数量，抛异常
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }

二、线程池的使用

1、线程池的创建

可以利用ThreadPoolExecutor来创建一个线程池。
ThreadPoolExecutor是线程池中最核心的一个类。
下面是其中常用的一个构造方法。

	public ThreadPoolExecutor(
		int corePoolSize,
		int maximumPoolSize,
		long keepAliveTime,
		TimeUnit unit,
		BlockingQueue workQueue,
		ThreadFactory threadFactory,
		RejectedExecutionHandler handler
	);

1）corePoolSize：线程池的大小（也叫核心线程池）。默认情况下，核心线程池是没有创建线程的，只有任务到达时，才会创建线程去执行。
2）maximumPoolSize：线程池允许创建的最大线程数。如果核心线程池满了，且队列满了，就会在线程池中再创建线程去执行任务。
3）keepAliveTime：线程保持存活的时间。当线程执行完任务后，若超过这个keepAliveTime仍然没有任务到达，就销毁。
4）unit：参数keepAliveTime的时间单位，有7种取值：

天（TimeUnit.DAYS）
小时（TimeUnit.HOURS）
分钟（TimeUnit.MINUTES）
毫秒（TimeUnit.MILLISECONDS）
微妙（TimeUnit.MICROSECONDS）
纳秒（TimeUnit.NANOSECONDS）

5）workQueue：任务队列，用于存放等待执行的任务的阻塞队列。有以下几种阻塞队列：

ArrayBlockingQueue：基于数组的有界阻塞队列，FIFO顺序。
LinkedBlockingQueue：基于链表的无界阻塞队列，FIFO顺序。
SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列。往此队列插入任务时需等待之前的任务移除后才能执行，否则会被阻塞。
PriorityBlockingQueue：具有优先级的无界阻塞队列。

6）ThreadFactory：线程工厂，主要用来创建线程；
7）RejectedExecutionHandler ：饱和策略。当线程池和队列都满时需要采取的一种措施。
有以下4种：

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy： 也是丢弃任务，但是不抛出异常。
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy： 丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy： 由调用线程处理该任务。

也可以自己实现RejectedExecutionHandler 。

2、向线程池提交任务

可以通过execute() 或 submit() 向线程池提交任务。
区别：

execute() 用于提交不需要返回值的任务；

threadPool.execute(
	new Runnable(){
		@Override
		public void run(){
			......
		}
	}
);

submit() 用于提交需要返回一个Future类型值的任务，可以通过future.get()查看；

Future