我們在工作中或多或少都使用過線程池，但是為什么要使用線程池呢？從他的名字中我們就應(yīng)該知道，線程池使用了一種池化技術(shù)，和很多其他池化技術(shù)一樣，都是為了更高效的利用資源，例如鏈接池，內(nèi)存池等等。

　　數(shù)據(jù)庫鏈接是一種很昂貴的資源，創(chuàng)建和銷毀都需要付出高昂的代價，為了避免頻繁的創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫鏈接，所以產(chǎn)生了鏈接池技術(shù)。優(yōu)先在池子中創(chuàng)建一批數(shù)據(jù)庫鏈接，有需要訪問數(shù)據(jù)庫時，直接到池子中去獲取一個可用的鏈接，使用完了之后再歸還到鏈接池中去。

　　同樣的，線程也是一種寶貴的資源，并且也是一種有限的資源，創(chuàng)建和銷毀線程也同樣需要付出不菲的代價。我們所有的代碼都是由一個一個的線程支撐起來的，如今的芯片架構(gòu)也決定了我們必須編寫多線程執(zhí)行的程序，以獲取最高的程序性能。

　　那么怎樣高效的管理多線程之間的分工與協(xié)作就成了一個關(guān)鍵問題，DougLea大神為我們設(shè)計并實現(xiàn)了一款線程池工具，通過該工具就可以實現(xiàn)多線程的能力，并實現(xiàn)任務(wù)的高效執(zhí)行與調(diào)度。

　　為了正確合理的使用線程池工具，我們有必要對線程池的原理進(jìn)行了解。

　　本篇文章主要從三個方面來對線程池進(jìn)行分析：線程池狀態(tài)、重要屬性、工作流程。

　　線程池狀態(tài)

　　首先線程池是有狀態(tài)的，這些狀態(tài)標(biāo)識這線程池內(nèi)部的一些運行情況，線程池的開啟到關(guān)閉的過程就是線程池狀態(tài)的一個流轉(zhuǎn)的過程。

　　線程池共有五種狀態(tài)：

　　重要屬性

　　一個線程池的核心參數(shù)有很多，每個參數(shù)都有著特殊的作用，各個參數(shù)聚合在一起后將完成整個線程池的完整工作。

　　1、線程狀態(tài)和工作線程數(shù)量

　　首先線程池是有狀態(tài)的，不同狀態(tài)下線程池的行為是不一樣的，5種狀態(tài)已經(jīng)在上面說過了。

　　另外線程池肯定是需要線程去執(zhí)行具體的任務(wù)的，所以在線程池中就封裝了一個內(nèi)部類Worker作為工作線程，每個Worker中都維持著一個Thread。

　　線程池的重點之一就是控制線程資源合理高效的使用，所以必須控制工作線程的個數(shù)，所以需要保存當(dāng)前線程池中工作線程的個數(shù)。

　　看到這里，你是否覺得需要用兩個變量來保存線程池的狀態(tài)和線程池中工作線程的個數(shù)呢？但是在ThreadPoolExecutor中只用了一個AtomicInteger型的變量就保存了這兩個屬性的值，那就是ctl。

　　ctl的高3位用來表示線程池的狀態(tài)(runState)，低29位用來表示工作線程的個數(shù)(workerCnt)，為什么要用3位來表示線程池的狀態(tài)呢，原因是線程池一共有5種狀態(tài)，而2位只能表示出4種情況，所以至少需要3位才能表示得了5種狀態(tài)。

　　2、核心線程數(shù)和最大線程數(shù)

　　現(xiàn)在有了標(biāo)志工作線程的個數(shù)的變量了，那到底該有多少個線程才合適呢？線程多了浪費線程資源，少了又不能發(fā)揮線程池的性能。

　　為了解決這個問題，線程池設(shè)計了兩個變量來協(xié)作，分別是：

　　核心線程數(shù)：corePoolSize用來表示線程池中的核心線程的數(shù)量，也可以稱為可閑置的線程數(shù)量最大線程數(shù)：maximumPoolSize用來表示線程池中最多能夠創(chuàng)建的線程數(shù)量

　　現(xiàn)在我們有一個疑問，既然已經(jīng)有了標(biāo)識工作線程的個數(shù)的變量了，為什么還要有核心線程數(shù)、最大線程數(shù)呢？

　　其實你這樣想就能夠理解了，創(chuàng)建線程是有代價的，不能每次要執(zhí)行一個任務(wù)時就創(chuàng)建一個線程，但是也不能在任務(wù)非常多的時候，只有少量的線程在執(zhí)行，這樣任務(wù)是來不及處理的，而是應(yīng)該創(chuàng)建合適的足夠多的線程來及時的處理任務(wù)。隨著任務(wù)數(shù)量的變化，當(dāng)任務(wù)數(shù)明顯很小時，原本創(chuàng)建的多余的線程就沒有必要再存活著了，因為這時使用少量的線程就能夠處理的過來了，所以說真正工作的線程的數(shù)量，是隨著任務(wù)的變化而變化的。

　　那核心線程數(shù)和最大線程數(shù)與工作線程個數(shù)的關(guān)系是什么呢？

　　工作線程的個數(shù)可能從0到最大線程數(shù)之間變化，當(dāng)執(zhí)行一段時間之后可能維持在corePoolSize，但也不是絕對的，取決于核心線程是否允許被超時回收。

　　3、創(chuàng)建線程的工廠

　　既然是線程池，那自然少不了線程，線程該如何來創(chuàng)建呢？這個任務(wù)就交給了線程工廠ThreadFactory來完成。

　　4、緩存任務(wù)的阻塞隊列

　　上面我們說了核心線程數(shù)和最大線程數(shù)，并且也介紹了工作線程的個數(shù)是在0和最大線程數(shù)之間變化的。但是不可能一下子就創(chuàng)建了所有線程，把線程池裝滿，而是有一個過程，這個過程是這樣的：

　　當(dāng)線程池接收到一個任務(wù)時，如果工作線程數(shù)沒有達(dá)到corePoolSize，那么就會新建一個線程，并綁定該任務(wù)，直到工作線程的數(shù)量達(dá)到corePoolSize前都不會重用之前的線程。

　　當(dāng)工作線程數(shù)達(dá)到corePoolSize了，這時又接收到新任務(wù)時，會將任務(wù)存放在一個阻塞隊列中等待核心線程去執(zhí)行。為什么不直接創(chuàng)建更多的線程來執(zhí)行新任務(wù)呢，原因是核心線程中很可能已經(jīng)有線程執(zhí)行完自己的任務(wù)了，或者有其他線程馬上就能處理完當(dāng)前的任務(wù)，并且接下來就能投入到新的任務(wù)中去，所以阻塞隊列是一種緩沖的機(jī)制，給核心線程一個機(jī)會讓他們充分發(fā)揮自己的能力。另外一個值得考慮的原因是，創(chuàng)建線程畢竟是比較昂貴的，不可能一有任務(wù)要執(zhí)行就去創(chuàng)建一個新的線程。

　　所以我們需要為線程池配備一個阻塞隊列，用來臨時緩存任務(wù)，這些任務(wù)將等待工作線程來執(zhí)行。

　　5、非核心線程存活時間

　　上面我們說了當(dāng)工作線程數(shù)達(dá)到corePoolSize時，線程池會將新接收到的任務(wù)存放在阻塞隊列中，而阻塞隊列又兩種情況：一種是有界的隊列，一種是無界的隊列。

　　如果是無界隊列，那么當(dāng)核心線程都在忙的時候，所有新提交的任務(wù)都會被存放在該無界隊列中，這時最大線程數(shù)將變得沒有意義，因為阻塞隊列不會存在被裝滿的情況。

　　如果是有界隊列，那么當(dāng)阻塞隊列中裝滿了等待執(zhí)行的任務(wù)，這時再有新任務(wù)提交時，線程池就需要創(chuàng)建新的“臨時”線程來處理，相當(dāng)于增派人手來處理任務(wù)。

　　但是創(chuàng)建的“臨時”線程是有存活時間的，不可能讓他們一直都存活著，當(dāng)阻塞隊列中的任務(wù)被執(zhí)行完畢，并且又沒有那么多新任務(wù)被提交時，“臨時”線程就需要被回收銷毀，在被回收銷毀之前等待的這段時間，就是非核心線程的存活時間，也就是keepAliveTime屬性。

　　那么什么是“非核心線程”呢？是不是先創(chuàng)建的線程就是核心線程，后創(chuàng)建的就是非核心線程呢？

　　其實核心線程跟創(chuàng)建的先后沒有關(guān)系，而是跟工作線程的個數(shù)有關(guān)，如果當(dāng)前工作線程的個數(shù)大于核心線程數(shù)，那么所有的線程都可能是“非核心線程”，都有被回收的可能。

　　一個線程執(zhí)行完了一個任務(wù)后，會去阻塞隊列里面取新的任務(wù)，在取到任務(wù)之前它就是一個閑置的線程。

　　取任務(wù)的方法有兩種，一種是通過take()方法一直阻塞直到取出任務(wù)，另一種是通過poll(keepAliveTime，timeUnit)方法在一定時間內(nèi)取出任務(wù)或者超時，如果超時這個線程就會被回收，請注意核心線程一般不會被回收。

　　那么怎么保證核心線程不會被回收呢？還是跟工作線程的個數(shù)有關(guān)，每一個線程在取任務(wù)的時候，線程池會比較當(dāng)前的工作線程個數(shù)與核心線程數(shù)：

　　如果工作線程數(shù)小于當(dāng)前的核心線程數(shù)，則使用第一種方法取任務(wù)，也就是沒有超時回收，這時所有的工作線程都是“核心線程”，他們不會被回收；如果大于核心線程數(shù)，則使用第二種方法取任務(wù)，一旦超時就回收，所以并沒有絕對的核心線程，只要這個線程沒有在存活時間內(nèi)取到任務(wù)去執(zhí)行就會被回收。

　　所以每個線程想要保住自己“核心線程”的身份，必須充分努力，盡可能快的獲取到任務(wù)去執(zhí)行，這樣才能逃避被回收的命運。

　　核心線程一般不會被回收，但是也不是絕對的，如果我們設(shè)置了允許核心線程超時被回收的話，那么就沒有核心線程這種說法了，所有的線程都會通過poll(keepAliveTime,timeUnit)來獲取任務(wù)，一旦超時獲取不到任務(wù)，就會被回收，一般很少會這樣來使用，除非該線程池需要處理的任務(wù)非常少，并且頻率也不高，不需要將核心線程一直維持著。

　　6、拒絕策略

　　雖然我們有了阻塞隊列來對任務(wù)進(jìn)行緩存，這從一定程度上為線程池的執(zhí)行提供了緩沖期，但是如果是有界的阻塞隊列，那就存在隊列滿的情況，也存在工作線程的數(shù)據(jù)已經(jīng)達(dá)到最大線程數(shù)的時候。如果這時候再有新的任務(wù)提交時，顯然線程池已經(jīng)心有余而力不足了，因為既沒有空余的隊列空間來存放該任務(wù)，也無法創(chuàng)建新的線程來執(zhí)行該任務(wù)了，所以這時我們就需要有一種拒絕策略，即handler。

　　拒絕策略是一個RejectedExecutionHandler類型的變量，用戶可以自行指定拒絕的策略，如果不指定的話，線程池將使用默認(rèn)的拒絕策略：拋出異常。

　　在線程池中還為我們提供了很多其他可以選擇的拒絕策略：

　　直接丟棄該任務(wù)使用調(diào)用者線程執(zhí)行該任務(wù)丟棄任務(wù)隊列中的最老的一個任務(wù)，然后提交該任務(wù)

　　工作流程

　　了解了線程池中所有的重要屬性之后，現(xiàn)在我們需要來了解下線程池的工作流程了。

　　上圖是一張線程池工作的精簡圖，實際的過程比這個要復(fù)雜的多，不過這些應(yīng)該能夠完全覆蓋到線程池的整個工作流程了。

　　整個過程可以拆分成以下幾個部分：

　　1、提交任務(wù)

　　當(dāng)向線程池提交一個新的任務(wù)時，線程池有三種處理情況，分別是：創(chuàng)建一個工作線程來執(zhí)行該任務(wù)、將任務(wù)加入阻塞隊列、拒絕該任務(wù)。

　　提交任務(wù)的過程也可以拆分成以下幾個部分：

　　當(dāng)工作線程數(shù)小于核心線程數(shù)時，直接創(chuàng)建新的核心工作線程當(dāng)工作線程數(shù)不小于核心線程數(shù)時，就需要嘗試將任務(wù)添加到阻塞隊列中去如果能夠加入成功，說明隊列還沒有滿，那么需要做以下的二次驗證來保證添加進(jìn)去的任務(wù)能夠成功被執(zhí)行驗證當(dāng)前線程池的運行狀態(tài)，如果是非RUNNING狀態(tài)，則需要將任務(wù)從阻塞隊列中移除，然后拒絕該任務(wù)驗證當(dāng)前線程池中的工作線程的個數(shù)，如果為0，則需要主動添加一個空工作線程來執(zhí)行剛剛添加到阻塞隊列中的任務(wù)如果加入失敗，則說明隊列已經(jīng)滿了，那么這時就需要創(chuàng)建新的“臨時”工作線程來執(zhí)行任務(wù)如果創(chuàng)建成功，則直接執(zhí)行該任務(wù)如果創(chuàng)建失敗，則說明工作線程數(shù)已經(jīng)等于最大線程數(shù)了，則只能拒絕該任務(wù)了

　　整個過程可以用下面這張圖來表示：

　　2、創(chuàng)建工作線程

　　創(chuàng)建工作線程需要做一系列的判斷，需要確保當(dāng)前線程池可以創(chuàng)建新的線程之后，才能創(chuàng)建。

　　首先，當(dāng)線程池的狀態(tài)是SHUTDOWN或者STOP時，則不能創(chuàng)建新的線程。

　　另外，當(dāng)線程工廠創(chuàng)建線程失敗時，也不能創(chuàng)建新的線程。

　　還有就是當(dāng)前工作線程的數(shù)量與核心線程數(shù)、最大線程數(shù)進(jìn)行比較，如果前者大于后者的話，也不允許創(chuàng)建。

　　除此之外，會嘗試通過CAS來自增工作線程的個數(shù)，如果自增成功了，則會創(chuàng)建新的工作線程，即Worker對象。

　　然后加鎖進(jìn)行二次驗證是否能夠創(chuàng)建工作線程，最后如果創(chuàng)建成功，則會啟動該工作線程。

　　3、啟動工作線程

　　當(dāng)工作線程創(chuàng)建成功后，也就是Worker對象已經(jīng)創(chuàng)建好了，這時就需要啟動該工作線程，讓線程開始干活了，Worker對象中關(guān)聯(lián)著一個Thread，所以要啟動工作線程的話，只要通過worker.thread.start()來啟動該線程即可。

　　啟動完了之后，就會執(zhí)行Worker對象的run方法，因為Worker實現(xiàn)了Runnable接口，所以本質(zhì)上Worker也是一個線程。

　　通過線程start開啟之后就會調(diào)用到Runnable的run方法，在worker對象的run方法中，調(diào)用了runWorker(this)方法，也就是把當(dāng)前對象傳遞給了runWorker方法，讓他來執(zhí)行。

　　4、獲取任務(wù)并執(zhí)行

　　在runWorker方法被調(diào)用之后，就是執(zhí)行具體的任務(wù)了，首先需要拿到一個可以執(zhí)行的任務(wù)，而Worker對象中默認(rèn)綁定了一個任務(wù)，如果該任務(wù)不為空的話，那么就是直接執(zhí)行。

　　執(zhí)行完了之后，就會去阻塞隊列中獲取任務(wù)來執(zhí)行，而獲取任務(wù)的過程，需要考慮當(dāng)前工作線程的個數(shù)。

　　如果工作線程數(shù)大于核心線程數(shù)，那么就需要通過poll來獲取，因為這時需要對閑置的線程進(jìn)行回收；如果工作線程數(shù)小于等于核心線程數(shù)，那么就可以通過take來獲取了，因此這時所有的線程都是核心線程，不需要進(jìn)行回收，前提是沒有設(shè)置allowCoreThreadTimeOut

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