Java多线程系列--“JUC线程池”
概要
前面分别介绍了"Java多线程基础"、"JUC原子类"和"JUC锁"。本章介绍JUC的最后一部分的内容——线程池。内容包括：
线程池架构图
线程池示例
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线程池架构图
线程池的架构图如下：
1. Executor
它是"执行者"接口，它是来执行任务的。准确的说，Executor提供了execute()接口来执行已提交的 Runnable 任务的对象。Executor存在的目的是提供一种将"任务提交"与"任务如何运行"分离开来的机制。
它只包含一个函数接口：
void execute(Runnable command)
2. ExecutorService
ExecutorService继承于Executor。它是"执行者服务"接口，它是为"执行者接口Executor"服务而存在的；准确的话，ExecutorService提供了"将任务提交给执行者的接口(submit方法)"，"让执行者执行任务(invokeAll, invokeAny方法)"的接口等等。
ExecutorService的函数列表
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3. AbstractExecutorService
AbstractExecutorService是一个抽象类，它实现了ExecutorService接口。
AbstractExecutorService存在的目的是为ExecutorService中的函数接口提供了默认实现。
AbstractExecutorService函数列表
由于它的函数列表和ExecutorService一样，这里就不再重复列举了。
4. ThreadPoolExecutor
ThreadPoolExecutor就是大名鼎鼎的"线程池"。它继承于AbstractExecutorService抽象类。
ThreadPoolExecutor函数列表
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5. ScheduledExecutorService
ScheduledExecutorService是一个接口，它继承于于ExecutorService。它相当于提供了"延时"和"周期执行"功能的ExecutorService。
ScheduledExecutorService提供了相应的函数接口，可以安排任务在给定的延迟后执行，也可以让任务周期的执行。
ScheduledExecutorService函数列表
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6. ScheduledThreadPoolExecutor
ScheduledThreadPoolExecutor继承于ThreadPoolExecutor，并且实现了ScheduledExecutorService接口。它相当于提供了"延时"和"周期执行"功能的ScheduledExecutorService。
ScheduledThreadPoolExecutor类似于Timer，但是在高并发程序中，ScheduledThreadPoolExecutor的性能要优于Timer。
ScheduledThreadPoolExecutor函数列表
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7. Executors
Executors是个静态工厂类。它通过静态工厂方法返回ExecutorService、ScheduledExecutorService、ThreadFactory 和 Callable 等类的对象。
Executors函数列表
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线程池示例
下面通过示例来对线程池的使用做简单演示。
1 import java.util.concurrent.Executors; 2 import java.util.concurrent.ExecutorService; 3 4 public class ThreadPoolDemo1 { 5 6 public static void main(String[] args) { 7 // 创建一个可重用固定线程数的线程池 8 ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2); 9 // 创建实现了Runnable接口对象，Thread对象当然也实现了Runnable接口 10 Thread ta = new MyThread(); 11 Thread tb = new MyThread(); 12 Thread tc = new MyThread(); 13 Thread td = new MyThread(); 14 Thread te = new MyThread(); 15 // 将线程放入池中进行执行 16 pool.execute(ta); 17 pool.execute(tb); 18 pool.execute(tc); 19 pool.execute(td); 20 pool.execute(te); 21 // 关闭线程池 22 pool.shutdown(); 23 } 24 } 25 26 class MyThread extends Thread { 27 28 @Override 29 public void run() { 30 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " is running."); 31 } 32 }
运行结果：
pool-1-thread-1 is running. pool-1-thread-2 is running. pool-1-thread-1 is running. pool-1-thread-2 is running. pool-1-thread-1 is running.
结果说明：
主线程中创建了线程池pool，线程池的容量是2。即，线程池中最多能同时运行2个线程。
紧接着，将ta,tb,tc,td,te这3个线程添加到线程池中运行。
最后，通过shutdown()关闭线程池。
概要
在上一章"Java多线程系列--“JUC线程池”01之 线程池架构"中，我们了解了线程池的架构。线程池的实现类是ThreadPoolExecutor类。本章，我们通过分析ThreadPoolExecutor类，来了解线程池的原理。内容包括：
ThreadPoolExecutor简介
ThreadPoolExecutor数据结构
线程池调度
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ThreadPoolExecutor简介
ThreadPoolExecutor是线程池类。对于线程池，可以通俗的将它理解为"存放一定数量线程的一个线程集合。线程池允许若个线程同时允许，允许同时运行的线程数量就是线程池的容量；当添加的到线程池中的线程超过它的容量时，会有一部分线程阻塞等待。线程池会通过相应的调度策略和拒绝策略，对添加到线程池中的线程进行管理。"
ThreadPoolExecutor数据结构
ThreadPoolExecutor的数据结构如下图所示：
各个数据在ThreadPoolExecutor.java中的定义如下：
// 阻塞队列。 private final BlockingQueueworkQueue; // 互斥锁 private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock(); // 线程集合。一个Worker对应一个线程。 private final HashSet workers = new HashSet (); // “终止条件”，与“mainLock”绑定。 private final Condition termination = mainLock.newCondition(); // 线程池中线程数量曾经达到过的最大值。 private int largestPoolSize; // 已完成任务数量 private long completedTaskCount; // ThreadFactory对象，用于创建线程。 private volatile ThreadFactory threadFactory; // 拒绝策略的处理句柄。 private volatile RejectedExecutionHandler handler; // 保持线程存活时间。 private volatile long keepAliveTime; private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut; // 核心池大小 private volatile int corePoolSize; // 最大池大小 private volatile int maximumPoolSize;
1. workers
workers是HashSet
wokers的作用是，线程池通过它实现了"允许多个线程同时运行"。
2. workQueue
workQueue是BlockingQueue类型，即它是一个阻塞队列。当线程池中的线程数超过它的容量的时候，线程会进入阻塞队列进行阻塞等待。
通过workQueue，线程池实现了阻塞功能。
3. mainLock
mainLock是互斥锁，通过mainLock实现了对线程池的互斥访问。
4. corePoolSize和maximumPoolSize
corePoolSize是"核心池大小"，maximumPoolSize是"最大池大小"。它们的作用是调整"线程池中实际运行的线程的数量"。
例如，当新任务提交给线程池时(通过execute方法)。
-- 如果此时，线程池中运行的线程数量< corePoolSize，则创建新线程来处理请求。
-- 如果此时，线程池中运行的线程数量> corePoolSize，但是却< maximumPoolSize；则仅当阻塞队列满时才创建新线程。
如果设置的 corePoolSize 和 maximumPoolSize 相同，则创建了固定大小的线程池。如果将 maximumPoolSize 设置为基本的无界值（如 Integer.MAX_VALUE），则允许池适应任意数量的并发任务。在大多数情况下，核心池大小和最大池大小的值是在创建线程池设置的；但是，也可以使用 setCorePoolSize(int) 和 setMaximumPoolSize(int) 进行动态更改。
5. poolSize
poolSize是当前线程池的实际大小，即线程池中任务的数量。
6. allowCoreThreadTimeOut和keepAliveTime
allowCoreThreadTimeOut表示是否允许"线程在空闲状态时，仍然能够存活"；而keepAliveTime是当线程池处于空闲状态的时候，超过keepAliveTime时间之后，空闲的线程会被终止。
7. threadFactory
threadFactory是ThreadFactory对象。它是一个线程工厂类，"线程池通过ThreadFactory创建线程"。
8. handler
handler是RejectedExecutionHandler类型。它是"线程池拒绝策略"的句柄，也就是说"当某任务添加到线程池中，而线程池拒绝该任务时，线程池会通过handler进行相应的处理"。
综上所说，线程池通过workers来管理"线程集合"，每个线程在启动后，会执行线程池中的任务；当一个任务执行完后，它会从线程池的阻塞队列中取出任务来继续运行。阻塞队列是管理线程池任务的队列，当添加到线程池中的任务超过线程池的容量时，该任务就会进入阻塞队列进行等待。
线程池调度
我们通过下面的图看看下面线程池中任务的调度策略，加深对线程池的理解。
图-01:
图-02:
说明：
在"图-01"中，线程池中有N个任务。"任务1", "任务2", "任务3"这3个任务在执行，而"任务3"到"任务N"在阻塞队列中等待。正在执行的任务，在workers集合中，workers集合包含3个Worker，每一个Worker对应一个Thread线程，Thread线程每次处理一个任务。
当workers集合中处理完某一个任务之后，会从阻塞队列中取出一个任务来继续执行，如图-02所示。图-02表示"任务1"处理完毕之后，线程池将"任务4"从阻塞队列中取出，放到workers中进行处理。
概要
在前面一章"Java多线程系列--“JUC线程池”02之 线程池原理(一)"中介绍了线程池的数据结构，本章会通过分析线程池的源码，对线程池进行说明。内容包括：
线程池示例
参考代码(基于JDK1.7.0_40)
线程池源码分析
(一) 创建“线程池”
(二) 添加任务到“线程池”
(三) 关闭“线程池”
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线程池示例
在分析线程池之前，先看一个简单的线程池示例。
1 import java.util.concurrent.Executors; 2 import java.util.concurrent.ExecutorService; 3 4 public class ThreadPoolDemo1 { 5 6 public static void main(String[] args) { 7 // 创建一个可重用固定线程数的线程池 8 ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2); 9 // 创建实现了Runnable接口对象，Thread对象当然也实现了Runnable接口 10 Thread ta = new MyThread(); 11 Thread tb = new MyThread(); 12 Thread tc = new MyThread(); 13 Thread td = new MyThread(); 14 Thread te = new MyThread(); 15 // 将线程放入池中进行执行 16 pool.execute(ta); 17 pool.execute(tb); 18 pool.execute(tc); 19 pool.execute(td); 20 pool.execute(te); 21 // 关闭线程池 22 pool.shutdown(); 23 } 24 } 25 26 class MyThread extends Thread { 27 28 @Override 29 public void run() { 30 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " is running."); 31 } 32 }
运行结果：
pool-1-thread-1 is running. pool-1-thread-2 is running. pool-1-thread-1 is running. pool-1-thread-2 is running. pool-1-thread-1 is running.
示例中，包括了线程池的创建，将任务添加到线程池中，关闭线程池这3个主要的步骤。稍后，我们会从这3个方面来分析ThreadPoolExecutor。
参考代码(基于JDK1.7.0_40)
Executors完整源码
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ThreadPoolExecutor完整源码
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线程池源码分析
(一) 创建“线程池”
下面以newFixedThreadPool()介绍线程池的创建过程。
1. newFixedThreadPool()
newFixedThreadPool()在Executors.java中定义，源码如下：
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue()); }
说明：newFixedThreadPool(int nThreads)的作用是创建一个线程池，线程池的容量是nThreads。
newFixedThreadPool()在调用ThreadPoolExecutor()时，会传递一个LinkedBlockingQueue()对象，而LinkedBlockingQueue是单向链表实现的阻塞队列。在线程池中，就是通过该阻塞队列来实现"当线程池中任务数量超过允许的任务数量时，部分任务会阻塞等待"。
关于LinkedBlockingQueue的实现细节，读者可以参考"Java多线程系列--“JUC集合”08之 LinkedBlockingQueue"。
2. ThreadPoolExecutor()
ThreadPoolExecutor()在ThreadPoolExecutor.java中定义，源码如下：
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueueworkQueue) { this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler); }
说明：该函数实际上是调用ThreadPoolExecutor的另外一个构造函数。该函数的源码如下：
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueueworkQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) { if (corePoolSize < 0 || maximumPoolSize <= 0 || maximumPoolSize < corePoolSize || keepAliveTime < 0) throw new IllegalArgumentException(); if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null) throw new NullPointerException(); // 核心池大小 this.corePoolSize = corePoolSize; // 最大池大小 this.maximumPoolSize = maximumPoolSize; // 线程池的等待队列 this.workQueue = workQueue; this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime); // 线程工厂对象 this.threadFactory = threadFactory; // 拒绝策略的句柄 this.handler = handler; }
说明：在ThreadPoolExecutor()的构造函数中，进行的是初始化工作。
corePoolSize, maximumPoolSize, unit, keepAliveTime和workQueue这些变量的值是已知的，它们都是通过newFixedThreadPool()传递而来。下面看看threadFactory和handler对象。
2.1 ThreadFactory
线程池中的ThreadFactory是一个线程工厂，线程池创建线程都是通过线程工厂对象(threadFactory)来完成的。
上面所说的threadFactory对象，是通过 Executors.defaultThreadFactory()返回的。Executors.java中的defaultThreadFactory()源码如下：
public static ThreadFactory defaultThreadFactory() { return new DefaultThreadFactory(); }
defaultThreadFactory()返回DefaultThreadFactory对象。Executors.java中的DefaultThreadFactory()源码如下：
static class DefaultThreadFactory implements ThreadFactory { private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1); private final ThreadGroup group; private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1); private final String namePrefix; DefaultThreadFactory() { SecurityManager s = System.getSecurityManager(); group = (s != null) ? s.getThreadGroup() : Thread.currentThread().getThreadGroup(); namePrefix = "pool-" + poolNumber.getAndIncrement() + "-thread-"; } // 提供创建线程的API。 public Thread newThread(Runnable r) { // 线程对应的任务是Runnable对象r Thread t = new Thread(group, r, namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(), 0); // 设为“非守护线程” if (t.isDaemon()) t.setDaemon(false); // 将优先级设为“Thread.NORM_PRIORITY” if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY) t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY); return t; } }
说明：ThreadFactory的作用就是提供创建线程的功能的线程工厂。
它是通过newThread()提供创建线程功能的，下面简单说说newThread()。newThread()创建的线程对应的任务是Runnable对象，它创建的线程都是“非守护线程”而且“线程优先级都是Thread.NORM_PRIORITY”。
2.2 RejectedExecutionHandler
handler是ThreadPoolExecutor中拒绝策略的处理句柄。所谓拒绝策略，是指将任务添加到线程池中时，线程池拒绝该任务所采取的相应策略。
线程池默认会采用的是defaultHandler策略，即AbortPolicy策略。在AbortPolicy策略中，线程池拒绝任务时会抛出异常！
defaultHandler的定义如下：
private static final RejectedExecutionHandler defaultHandler = new AbortPolicy();
AbortPolicy的源码如下：
public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler { public AbortPolicy() { } // 抛出异常 public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() + " rejected from " + e.toString()); } }
(二) 添加任务到“线程池”
1. execute()
execute()定义在ThreadPoolExecutor.java中，源码如下：
public void execute(Runnable command) { // 如果任务为null，则抛出异常。 if (command == null) throw new NullPointerException(); // 获取ctl对应的int值。该int值保存了"线程池中任务的数量"和"线程池状态"信息 int c = ctl.get(); // 当线程池中的任务数量 < "核心池大小"时，即线程池中少于corePoolSize个任务。 // 则通过addWorker(command, true)新建一个线程，并将任务(command)添加到该线程中；然后，启动该线程从而执行任务。 if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { if (addWorker(command, true)) return; c = ctl.get(); } // 当线程池中的任务数量 >= "核心池大小"时， // 而且，"线程池处于允许状态"时，则尝试将任务添加到阻塞队列中。 if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { // 再次确认“线程池状态”，若线程池异常终止了，则删除任务；然后通过reject()执行相应的拒绝策略的内容。 int recheck = ctl.get(); if (! isRunning(recheck) && remove(command)) reject(command); // 否则，如果"线程池中任务数量"为0，则通过addWorker(null, false)尝试新建一个线程，新建线程对应的任务为null。 else if (workerCountOf(recheck) == 0) addWorker(null, false); } // 通过addWorker(command, false)新建一个线程，并将任务(command)添加到该线程中；然后，启动该线程从而执行任务。 // 如果addWorker(command, false)执行失败，则通过reject()执行相应的拒绝策略的内容。 else if (!addWorker(command, false)) reject(command); }
说明：execute()的作用是将任务添加到线程池中执行。它会分为3种情况进行处理：
情况1 -- 如果"线程池中任务数量" < "核心池大小"时，即线程池中少于corePoolSize个任务；此时就新建一个线程，并将该任务添加到线程中进行执行。
情况2 -- 如果"线程池中任务数量" >= "核心池大小"，并且"线程池是允许状态"；此时，则将任务添加到阻塞队列中阻塞等待。在该情况下，会再次确认"线程池的状态"，如果"第2次读到的线程池状态"和"第1次读到的线程池状态"不同，则从阻塞队列中删除该任务。
情况3 -- 非以上两种情况。在这种情况下，尝试新建一个线程，并将该任务添加到线程中进行执行。如果执行失败，则通过reject()拒绝该任务。
2. addWorker()
addWorker()的源码如下：
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) { retry: // 更新"线程池状态和计数"标记，即更新ctl。 for (;;) { // 获取ctl对应的int值。该int值保存了"线程池中任务的数量"和"线程池状态"信息 int c = ctl.get(); // 获取线程池状态。 int rs = runStateOf(c); // 有效性检查 if (rs >= SHUTDOWN && ! (rs == SHUTDOWN && firstTask == null && ! workQueue.isEmpty())) return false; for (;;) { // 获取线程池中任务的数量。 int wc = workerCountOf(c); // 如果"线程池中任务的数量"超过限制，则返回false。 if (wc >= CAPACITY || wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)) return false; // 通过CAS函数将c的值+1。操作失败的话，则退出循环。 if (compareAndIncrementWorkerCount(c)) break retry; c = ctl.get(); // Re-read ctl // 检查"线程池状态"，如果与之前的状态不同，则从retry重新开始。 if (runStateOf(c) != rs) continue retry; // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop } } boolean workerStarted = false; boolean workerAdded = false; Worker w = null; // 添加任务到线程池，并启动任务所在的线程。 try { final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; // 新建Worker，并且指定firstTask为Worker的第一个任务。 w = new Worker(firstTask); // 获取Worker对应的线程。 final Thread t = w.thread; if (t != null) { // 获取锁 mainLock.lock(); try { int c = ctl.get(); int rs = runStateOf(c); // 再次确认"线程池状态" if (rs < SHUTDOWN || (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) { if (t.isAlive()) // precheck that t is startable throw new IllegalThreadStateException(); // 将Worker对象(w)添加到"线程池的Worker集合(workers)"中 workers.add(w); // 更新largestPoolSize int s = workers.size(); if (s > largestPoolSize) largestPoolSize = s; workerAdded = true; } } finally { // 释放锁 mainLock.unlock(); } // 如果"成功将任务添加到线程池"中，则启动任务所在的线程。 if (workerAdded) { t.start(); workerStarted = true; } } } finally { if (! workerStarted) addWorkerFailed(w); } // 返回任务是否启动。 return workerStarted; }
说明：
addWorker(Runnable firstTask, boolean core) 的作用是将任务(firstTask)添加到线程池中，并启动该任务。
core为true的话，则以corePoolSize为界限，若"线程池中已有任务数量>=corePoolSize"，则返回false；core为false的话，则以maximumPoolSize为界限，若"线程池中已有任务数量>=maximumPoolSize"，则返回false。
addWorker()会先通过for循环不断尝试更新ctl状态，ctl记录了"线程池中任务数量和线程池状态"。
更新成功之后，再通过try模块来将任务添加到线程池中，并启动任务所在的线程。
从addWorker()中，我们能清晰的发现：线程池在添加任务时，会创建任务对应的Worker对象；而一个Workder对象包含一个Thread对象。(01) 通过将Worker对象添加到"线程的workers集合"中，从而实现将任务添加到线程池中。 (02) 通过启动Worker对应的Thread线程，则执行该任务。
3. submit()
补充说明一点，submit()实际上也是通过调用execute()实现的，源码如下：
public Future submit(Runnable task) { if (task == null) throw new NullPointerException(); RunnableFutureftask = newTaskFor(task, null); execute(ftask); return ftask; }
(三) 关闭“线程池”
shutdown()的源码如下：
public void shutdown() { final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; // 获取锁 mainLock.lock(); try { // 检查终止线程池的“线程”是否有权限。 checkShutdownAccess(); // 设置线程池的状态为关闭状态。 advanceRunState(SHUTDOWN); // 中断线程池中空闲的线程。 interruptIdleWorkers(); // 钩子函数，在ThreadPoolExecutor中没有任何动作。 onShutdown(); // hook for ScheduledThreadPoolExecutor } finally { // 释放锁 mainLock.unlock(); } // 尝试终止线程池 tryTerminate(); }
说明：shutdown()的作用是关闭线程池。
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本章介绍线程池的生命周期。在"Java多线程系列--“基础篇”01之 基本概念"中，我们介绍过，线程有5种状态：新建状态，就绪状态，运行状态，阻塞状态，死亡状态。线程池也有5种状态；然而，线程池不同于线程，线程池的5种状态是：Running,SHUTDOWN, STOP, TIDYING, TERMINATED。
线程池状态定义代码如下：
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1;
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;
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }
说明：
ctl是一个AtomicInteger类型的原子对象。ctl记录了"线程池中的任务数量"和"线程池状态"2个信息。
ctl共包括32位。其中，高3位表示"线程池状态"，低29位表示"线程池中的任务数量"。
RUNNING -- 对应的高3位值是111。
SHUTDOWN -- 对应的高3位值是000。
STOP -- 对应的高3位值是001。
TIDYING -- 对应的高3位值是010。
TERMINATED -- 对应的高3位值是011。
线程池各个状态之间的切换如下图所示：
1. RUNNING
(01) 状态说明：线程池处在RUNNING状态时，能够接收新任务，以及对已添加的任务进行处理。
(02) 状态切换：线程池的初始化状态是RUNNING。换句话说，线程池被一旦被创建，就处于RUNNING状态！
道理很简单，在ctl的初始化代码中(如下)，就将它初始化为RUNNING状态，并且"任务数量"初始化为0。
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
2. SHUTDOWN
(01) 状态说明：线程池处在SHUTDOWN状态时，不接收新任务，但能处理已添加的任务。
(02) 状态切换：调用线程池的shutdown()接口时，线程池由RUNNING -> SHUTDOWN。
3. STOP
(01) 状态说明：线程池处在STOP状态时，不接收新任务，不处理已添加的任务，并且会中断正在处理的任务。
(02) 状态切换：调用线程池的shutdownNow()接口时，线程池由(RUNNING or SHUTDOWN ) -> STOP。
4. TIDYING
(01) 状态说明：当所有的任务已终止，ctl记录的"任务数量"为0，线程池会变为TIDYING状态。当线程池变为TIDYING状态时，会执行钩子函数terminated()。terminated()在ThreadPoolExecutor类中是空的，若用户想在线程池变为TIDYING时，进行相应的处理；可以通过重载terminated()函数来实现。
(02) 状态切换：当线程池在SHUTDOWN状态下，阻塞队列为空并且线程池中执行的任务也为空时，就会由 SHUTDOWN -> TIDYING。
当线程池在STOP状态下，线程池中执行的任务为空时，就会由STOP -> TIDYING。
5. TERMINATED
(01) 状态说明：线程池彻底终止，就变成TERMINATED状态。
(02) 状态切换：线程池处在TIDYING状态时，执行完terminated()之后，就会由 TIDYING -> TERMINATED。
概要
本章介绍线程池的拒绝策略。内容包括：
拒绝策略介绍
拒绝策略对比和示例
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拒绝策略介绍
线程池的拒绝策略，是指当任务添加到线程池中被拒绝，而采取的处理措施。
当任务添加到线程池中之所以被拒绝，可能是由于：第一，线程池异常关闭。第二，任务数量超过线程池的最大限制。
线程池共包括4种拒绝策略，它们分别是：AbortPolicy, CallerRunsPolicy, DiscardOldestPolicy和DiscardPolicy。
AbortPolicy -- 当任务添加到线程池中被拒绝时，它将抛出 RejectedExecutionException 异常。
CallerRunsPolicy -- 当任务添加到线程池中被拒绝时，会在线程池当前正在运行的Thread线程池中处理被拒绝的任务。
DiscardOldestPolicy -- 当任务添加到线程池中被拒绝时，线程池会放弃等待队列中最旧的未处理任务，然后将被拒绝的任务添加到等待队列中。
DiscardPolicy -- 当任务添加到线程池中被拒绝时，线程池将丢弃被拒绝的任务。
线程池默认的处理策略是AbortPolicy！
拒绝策略对比和示例
下面通过示例，分别演示线程池的4种拒绝策略。
1. DiscardPolicy 示例
2. DiscardOldestPolicy 示例
3. AbortPolicy 示例
4. CallerRunsPolicy 示例
1. DiscardPolicy 示例
1 import java.lang.reflect.Field; 2 import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; 3 import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor; 4 import java.util.concurrent.TimeUnit; 5 import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy; 6 7 public class DiscardPolicyDemo { 8 9 private static final int THREADS_SIZE = 1; 10 private static final int CAPACITY = 1; 11 12 public static void main(String[] args) throws Exception { 13 14 // 创建线程池。线程池的"最大池大小"和"核心池大小"都为1(THREADS_SIZE)，"线程池"的阻塞队列容量为1(CAPACITY)。 15 ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS, 16 new ArrayBlockingQueue(CAPACITY)); 17 // 设置线程池的拒绝策略为"丢弃" 18 pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()); 19 20 // 新建10个任务，并将它们添加到线程池中。 21 for (int i = 0; i < 10; i++) { 22 Runnable myrun = new MyRunnable("task-"+i); 23 pool.execute(myrun); 24 } 25 // 关闭线程池 26 pool.shutdown(); 27 } 28 } 29 30 class MyRunnable implements Runnable { 31 private String name; 32 public MyRunnable(String name) { 33 this.name = name; 34 } 35 @Override 36 public void run() { 37 try { 38 System.out.println(this.name + " is running."); 39 Thread.sleep(100); 40 } catch (Exception e) { 41 e.printStackTrace(); 42 } 43 } 44 }
运行结果：
task-0 is running.
task-1 is running.
结果说明：线程池pool的"最大池大小"和"核心池大小"都为1(THREADS_SIZE)，这意味着"线程池能同时运行的任务数量最大只能是1"。
线程池pool的阻塞队列是ArrayBlockingQueue，ArrayBlockingQueue是一个有界的阻塞队列，ArrayBlockingQueue的容量为1。这也意味着线程池的阻塞队列只能有一个线程池阻塞等待。
根据""中分析的execute()代码可知：线程池中共运行了2个任务。第1个任务直接放到Worker中，通过线程去执行；第2个任务放到阻塞队列中等待。其他的任务都被丢弃了！
2. DiscardOldestPolicy 示例
1 import java.lang.reflect.Field; 2 import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; 3 import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor; 4 import java.util.concurrent.TimeUnit; 5 import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy; 6 7 public class DiscardOldestPolicyDemo { 8 9 private static final int THREADS_SIZE = 1; 10 private static final int CAPACITY = 1; 11 12 public static void main(String[] args) throws Exception { 13 14 // 创建线程池。线程池的"最大池大小"和"核心池大小"都为1(THREADS_SIZE)，"线程池"的阻塞队列容量为1(CAPACITY)。 15 ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS, 16 new ArrayBlockingQueue(CAPACITY)); 17 // 设置线程池的拒绝策略为"DiscardOldestPolicy" 18 pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()); 19 20 // 新建10个任务，并将它们添加到线程池中。 21 for (int i = 0; i < 10; i++) { 22 Runnable myrun = new MyRunnable("task-"+i); 23 pool.execute(myrun); 24 } 25 // 关闭线程池 26 pool.shutdown(); 27 } 28 } 29 30 class MyRunnable implements Runnable { 31 private String name; 32 public MyRunnable(String name) { 33 this.name = name; 34 } 35 @Override 36 public void run() { 37 try { 38 System.out.println(this.name + " is running."); 39 Thread.sleep(200); 40 } catch (Exception e) { 41 e.printStackTrace(); 42 } 43 } 44 }
运行结果：
task-0 is running.
task-9 is running.
结果说明：将"线程池的拒绝策略"由DiscardPolicy修改为DiscardOldestPolicy之后，当有任务添加到线程池被拒绝时，线程池会丢弃阻塞队列中末尾的任务，然后将被拒绝的任务添加到末尾。
3. AbortPolicy 示例
1 import java.lang.reflect.Field; 2 import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; 3 import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor; 4 import java.util.concurrent.TimeUnit; 5 import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy; 6 import java.util.concurrent.RejectedExecutionException; 7 8 public class AbortPolicyDemo { 9 10 private static final int THREADS_SIZE = 1; 11 private static final int CAPACITY = 1; 12 13 public static void main(String[] args) throws Exception { 14 15 // 创建线程池。线程池的"最大池大小"和"核心池大小"都为1(THREADS_SIZE)，"线程池"的阻塞队列容量为1(CAPACITY)。 16 ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS, 17 new ArrayBlockingQueue(CAPACITY)); 18 // 设置线程池的拒绝策略为"抛出异常" 19 pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()); 20 21 try { 22 23 // 新建10个任务，并将它们添加到线程池中。 24 for (int i = 0; i < 10; i++) { 25 Runnable myrun = new MyRunnable("task-"+i); 26 pool.execute(myrun); 27 } 28 } catch (RejectedExecutionException e) { 29 e.printStackTrace(); 30 // 关闭线程池 31 pool.shutdown(); 32 } 33 } 34 } 35 36 class MyRunnable implements Runnable { 37 private String name; 38 public MyRunnable(String name) { 39 this.name = name; 40 } 41 @Override 42 public void run() { 43 try { 44 System.out.println(this.name + " is running."); 45 Thread.sleep(200); 46 } catch (Exception e) { 47 e.printStackTrace(); 48 } 49 } 50 }
(某一次)运行结果：
java.util.concurrent.RejectedExecutionException at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:1774) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:768) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:656) at AbortPolicyDemo.main(AbortPolicyDemo.java:27) task-0 is running. task-1 is running.
结果说明：将"线程池的拒绝策略"由DiscardPolicy修改为AbortPolicy之后，当有任务添加到线程池被拒绝时，会抛出RejectedExecutionException。
4. CallerRunsPolicy 示例
1 import java.lang.reflect.Field; 2 import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; 3 import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor; 4 import java.util.concurrent.TimeUnit; 5 import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy; 6 7 public class CallerRunsPolicyDemo { 8 9 private static final int THREADS_SIZE = 1; 10 private static final int CAPACITY = 1; 11 12 public static void main(String[] args) throws Exception { 13 14 // 创建线程池。线程池的"最大池大小"和"核心池大小"都为1(THREADS_SIZE)，"线程池"的阻塞队列容量为1(CAPACITY)。 15 ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS, 16 new ArrayBlockingQueue(CAPACITY)); 17 // 设置线程池的拒绝策略为"CallerRunsPolicy" 18 pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()); 19 20 // 新建10个任务，并将它们添加到线程池中。 21 for (int i = 0; i < 10; i++) { 22 Runnable myrun = new MyRunnable("task-"+i); 23 pool.execute(myrun); 24 } 25 26 // 关闭线程池 27 pool.shutdown(); 28 } 29 } 30 31 class MyRunnable implements Runnable { 32 private String name; 33 public MyRunnable(String name) { 34 this.name = name; 35 } 36 @Override 37 public void run() { 38 try { 39 System.out.println(this.name + " is running."); 40 Thread.sleep(100); 41 } catch (Exception e) { 42 e.printStackTrace(); 43 } 44 } 45 }
(某一次)运行结果：
task-2 is running. task-3 is running. task-4 is running. task-5 is running. task-6 is running. task-7 is running. task-8 is running. task-9 is running. task-0 is running. task-1 is running.
结果说明：将"线程池的拒绝策略"由DiscardPolicy修改为CallerRunsPolicy之后，当有任务添加到线程池被拒绝时，线程池会将被拒绝的任务添加到"线程池正在运行的线程"中取运行。
概要
本章介绍线程池中的Callable和Future。
Callable 和 Future 简介
示例和源码分析(基于JDK1.7.0_40)
转载请注明出处：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3544116.html
Callable 和 Future 简介
Callable 和 Future 是比较有趣的一对组合。当我们需要获取线程的执行结果时，就需要用到它们。Callable用于产生结果，Future用于获取结果。
1. Callable
Callable 是一个接口，它只包含一个call()方法。Callable是一个返回结果并且可能抛出异常的任务。
为了便于理解，我们可以将Callable比作一个Runnable接口，而Callable的call()方法则类似于Runnable的run()方法。
Callable的源码如下：
public interface Callable{ V call() throws Exception; }
说明：从中我们可以看出Callable支持泛型。
2. Future
Future 是一个接口。它用于表示异步计算的结果。提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并获取计算的结果。
Future的源码如下：
public interface Future{ // 试图取消对此任务的执行。 boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) // 如果在任务正常完成前将其取消，则返回 true。 boolean isCancelled() // 如果任务已完成，则返回 true。 boolean isDone() // 如有必要，等待计算完成，然后获取其结果。 V get() throws InterruptedException, ExecutionException; // 如有必要，最多等待为使计算完成所给定的时间之后，获取其结果（如果结果可用）。 V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException; }
说明： Future用于表示异步计算的结果。它的实现类是FutureTask，在讲解FutureTask之前，我们先看看Callable, Future, FutureTask它们之间的关系图，如下：
说明：
(01) RunnableFuture是一个接口，它继承了Runnable和Future这两个接口。RunnableFuture的源码如下：
public interface RunnableFutureextends Runnable, Future { void run(); }
(02) FutureTask实现了RunnableFuture接口。所以，我们也说它实现了Future接口。
示例和源码分析(基于JDK1.7.0_40)
我们先通过一个示例看看Callable和Future的基本用法，然后再分析示例的实现原理。
1 import java.util.concurrent.Callable; 2 import java.util.concurrent.Future; 3 import java.util.concurrent.Executors; 4 import java.util.concurrent.ExecutorService; 5 import java.util.concurrent.ExecutionException; 6 7 class MyCallable implements Callable { 8 9 @Override 10 public Integer call() throws Exception { 11 int sum = 0; 12 // 执行任务 13 for (int i=0; i<100; i++) 14 sum += i; 15 //return sum; 16 return Integer.valueOf(sum); 17 } 18 } 19 20 public class CallableTest1 { 21 22 public static void main(String[] args) 23 throws ExecutionException, InterruptedException{ 24 //创建一个线程池 25 ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor(); 26 //创建有返回值的任务 27 Callable c1 = new MyCallable(); 28 //执行任务并获取Future对象 29 Future f1 = pool.submit(c1); 30 // 输出结果 31 System.out.println(f1.get()); 32 //关闭线程池 33 pool.shutdown(); 34 } 35 }
运行结果：
4950
结果说明：
在主线程main中，通过newSingleThreadExecutor()新建一个线程池。接着创建Callable对象c1，然后再通过pool.submit(c1)将c1提交到线程池中进行处理，并且将返回的结果保存到Future对象f1中。然后，我们通过f1.get()获取Callable中保存的结果；最后通过pool.shutdown()关闭线程池。
1. submit()
submit()在java/util/concurrent/AbstractExecutorService.java中实现，它的源码如下：
publicFuture submit(Callable task) { if (task == null) throw new NullPointerException(); // 创建一个RunnableFuture对象 RunnableFuture ftask = newTaskFor(task); // 执行“任务ftask” execute(ftask); // 返回“ftask” return ftask; }
说明：submit()通过newTaskFor(task)创建了RunnableFuture对象ftask。它的源码如下：
protectedRunnableFuture newTaskFor(Callable callable) { return new FutureTask (callable); }
2. FutureTask的构造函数
FutureTask的构造函数如下：
public FutureTask(Callablecallable) { if (callable == null) throw new NullPointerException(); // callable是一个Callable对象 this.callable = callable; // state记录FutureTask的状态 this.state = NEW; // ensure visibility of callable }
3. FutureTask的run()方法
我们继续回到submit()的源码中。
在newTaskFor()新建一个ftask对象之后，会通过execute(ftask)执行该任务。此时ftask被当作一个Runnable对象进行执行，最终会调用到它的run()方法；ftask的run()方法在java/util/concurrent/FutureTask.java中实现，源码如下：
public void run() { if (state != NEW || !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset, null, Thread.currentThread())) return; try { // 将callable对象赋值给c。 Callablec = callable; if (c != null && state == NEW) { V result; boolean ran; try { // 执行Callable的call()方法，并保存结果到result中。 result = c.call(); ran = true; } catch (Throwable ex) { result = null; ran = false; setException(ex); } // 如果运行成功，则将result保存 if (ran) set(result); } } finally { runner = null; // 设置“state状态标记” int s = state; if (s >= INTERRUPTING) handlePossibleCancellationInterrupt(s); } }
说明：run()中会执行Callable对象的call()方法，并且最终将结果保存到result中，并通过set(result)将result保存。
之后调用FutureTask的get()方法，返回的就是通过set(result)保存的值。