深入解析java线程池的实现机制（二）

在上一节我们从宏观上介绍了ThreadPoolExecutor，下面我们来深入解析一下线程池的具体实现原理，将从下面几个方面讲解：

1.线程池状态
2.任务的执行
3.线程池中的线程初始化
4.任务缓存队列及排队策略
5.任务拒绝策略
6.线程池的关闭
7.线程池容量的动态调整

1.线程池状态

在ThreadPoolExecutor中定义了一个volatile变量，另外定义了几个static final变量表示线程池的各个状态：

 // runState is stored in the high-order bits
    private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
    private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
    private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
    private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
    private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

runState表示当前线程池的状态，它是一个volatile变量用来保证线程之间的可见性；
下面的几个static final变量表示runState可能的几个取值。

1.当创建线程池后，初始时，线程池处于RUNNING状态；
2.如果调用了shutdown()方法，则线程池处于SHUTDOWN状态，此时线程池不能够接受新的任务，它会等待所有任务执行完毕；
3.如果调用了shutdownNow()方法，则线程池处于STOP状态，此时线程池不能接受新的任务，并且会去尝试终止正在执行的任务；
4.当线程池处于SHUTDOWN或STOP状态，并且所有工作线程已经销毁，任务缓存队列已经清空或执行结束后，线程池被设置为TERMINATED状态。

2.任务的执行

在了解将任务提交给线程池到任务执行完毕整个过程之前，我们先来看一下ThreadPoolExecutor类中其他的一些比较重要成员变量：

private final BlockingQueue workQueue; //任务缓存队列，用来存放等待执行的任务
private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock(); //线程池的主要状态锁，对线程池状态（比如线程池大小
 //、runState等）的改变都要使用这个锁
private final HashSet workers = new HashSet(); //用来存放工作集
 
private volatile long keepAliveTime; //线程存活时间
private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut; //是否允许为核心线程设置存活时间
private volatile int corePoolSize; //核心池的大小（即线程池中的线程数目大于这个参数时，提交的任务会被放进任务缓存队列）
private volatile int maximumPoolSize; //线程池最大能容忍的线程数
 
private volatile int poolSize; //线程池中当前的线程数
 
private volatile RejectedExecutionHandler handler; //任务拒绝策略
 
private volatile ThreadFactory threadFactory; //线程工厂，用来创建线程
 
private int largestPoolSize; //用来记录线程池中曾经出现过的最大线程数
 
private long completedTaskCount; //用来记录已经执行完毕的任务个数

每个变量的作用都已经标明出来了，这里要重点解释一下corePoolSize、maximumPoolSize、largestPoolSize三个变量。

corePoolSize在很多地方被翻译成核心池大小，其实我的理解这个就是线程池的大小。举个简单的例子：
假如有一个工厂，工厂里面有10个工人，每个工人同时只能做一件任务。
因此只要当10个工人中有工人是空闲的，来了任务就分配给空闲的工人做；
当10个工人都有任务在做时，如果还来了任务，就把任务进行排队等待；
如果说新任务数目增长的速度远远大于工人做任务的速度，那么此时工厂主管可能会想补救措施，比如重新招4个临时工人进来；
然后就将任务也分配给这4个临时工人做；
如果说着14个工人做任务的速度还是不够，此时工厂主管可能就要考虑不再接收新的任务或者抛弃前面的一些任务了。
当这14个工人当中有人空闲时，而新任务增长的速度又比较缓慢，工厂主管可能就考虑辞掉4个临时工了，只保持原来的10个工人，毕竟请额外的工人是要花钱的。

这个例子中的corePoolSize就是10，而maximumPoolSize就是14（10+4）。
也就是说corePoolSize就是线程池大小，maximumPoolSize在我看来是线程池的一种补救措施，即任务量突然过大时的一种补救措施。
largestPoolSize只是一个用来起记录作用的变量，用来记录线程池中曾经有过的最大线程数目，跟线程池的容量没有任何关系。

3.线程池中的线程初始化

默认情况下，创建线程池之后，线程池中是没有线程的，需要提交任务之后才会创建线程。在实际中如果需要线程池创建之后立即创建线程，可以通过以下两个方法办到：

prestartCoreThread()：初始化一个核心线程；
prestartAllCoreThreads()：初始化所有核心线程

通过名字就可以理解，这两个方法的具体含义，在我们多种线程池中，定长线程池newFixedThreadPool在初始化时肯定是调用了这两个方法，因为只有定长线程池的线程数是固定的。

4.任务缓存队列及排队策略

在前面我们多次提到了任务缓存队列，即workQueue，它用来存放等待执行的任务也就是等待处理的线程。

workQueue的类型为BlockingQueue，通常可以取下面三种类型：

1）ArrayBlockingQueue：基于数组的先进先出队列，此队列创建时必须指定大小；
2）LinkedBlockingQueue：基于链表的先进先出队列，如果创建时没有指定此队列大小，则默认为Integer.MAX_VALUE；
3）synchronousQueue：这个队列比较特殊，它不会保存提交的任务，而是将直接新建一个线程来执行新来的任务。(我们可以想一下这种队列适合消费者速度大于生产者速度还是相反呢？)

5.任务拒绝策略

当线程池的任务缓存队列已满并且线程池中的线程数目达到maximumPoolSize，如果还有任务到来就会采取任务拒绝策略，通常有以下四种策略：

1.CallerRunsPolicy：线程调用运行该任务的 execute 本身。也就是在调用execute的线程里面执行此command，会阻塞入口，此策略提供简单的反馈控制机制，能够阻塞新任务的提交。
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { if (!e.isShutdown()) { r.run(); }}
这个策略显然不想放弃执行任务。但是由于池中已经没有任何资源了，那么就直接使用调用该execute的线程本身来执行。（开始我总不想丢弃任务的执行，但是对某些应用场景来讲，很有可能造成当前线程也被阻塞。如果所有线程都是不能执行的，很可能导致程序没法继续跑了。需要视业务情景而定吧。）

2.AbortPolicy：处理程序遭到拒绝将抛出运行时异常RejectedExecutionException public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {throw new RejectedExecutionException();}
这种策略直接抛出异常，丢弃任务。（jdk默认策略，队列满并线程满时直接拒绝添加新任务，并抛出异常，所以说有时候放弃也是一种勇气，为了保证后续任务的正常进行，丢弃一些也是可以接收的，记得做好记录）

3.DiscardPolicy：不能执行的任务将被删除
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {}
这种策略和AbortPolicy几乎一样，也是丢弃任务，只不过他不抛出异常。

4.DiscardOldestPolicy：如果执行程序尚未关闭，则位于工作队列头部的任务将被删除，然后重试执行程序（如果再次失败，则重复此过程）
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { if (!e.isShutdown()) {e.getQueue().poll();e.execute(r); }}
该策略就稍微复杂一些，在pool没有关闭的前提下首先丢掉缓存在队列中的最早的任务，然后重新尝试运行该任务。这个策略需要适当小心。

这几种策略在对任务的处理上除了第一种外，其他的都会直接或者间接地丢弃掉任务，在这个地方我们实际业务中要做好预判和处理方式。

6.线程池的关闭

ThreadPoolExecutor提供了两个方法，用于线程池的关闭，分别是shutdown()和shutdownNow()，其中：

shutdown()：不会立即终止线程池，而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止，但再也不会接受新的任务
shutdownNow()：立即终止线程池，并尝试打断正在执行的任务，并且清空任务缓存队列，返回尚未执行的任务

7.线程池容量的动态调整

ThreadPoolExecutor提供了动态调整线程池容量大小的方法：setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize()，

setCorePoolSize：设置核心池大小
setMaximumPoolSize：设置线程池最大能创建的线程数目大小

当上述参数从小变大时，ThreadPoolExecutor进行线程赋值，还可能立即创建新的线程来执行任务。

8.如何合理配置线程池的大小

本节来讨论一个比较重要的话题：如何合理配置线程池大小，仅供参考。
一般需要根据任务的类型来配置线程池大小：

如果是CPU密集型任务，就需要尽量压榨CPU，参考值可以设为 NCPU+1
如果是IO密集型任务，参考值可以设置为2NCPU*

当然，这只是一个参考值，具体的设置还需要根据实际情况进行调整，比如可以先将线程池大小设置为参考值，再观察任务运行情况和系统负载、资源利用率来进行适当调整。