Java中的线程池是运用场景最多的并发框架，几乎所有需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池，所以我们就要认识并弄懂线程池，以便于更好的为我们业务场景服务。

一、线程池的好处

在开发过程中，合理地使用线程池大致有3个好处

第一：降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
第二：提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
第三：提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制地创建，不仅会消耗系统资源，
还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。但是，要做到合理利用
线程池，必须对其实现原理了如指掌

二、线程池工作流程

1）当提交一个新任务到线程池时，线程池判断corePoolSize线程池是否都在执行任务，如果有空闲线程，则从核心线程池中取一个线程来执行任务，直到当前线程数等于corePoolSize；

2）如果当前线程数为corePoolSize，继续提交的任务被保存到阻塞队列中，等待被执行；

3）如果阻塞队列满了，那就创建新的线程执行当前任务，直到线程池中的线程数达到maxPoolSize，这时再有任务来，由饱和策略来处理提交的任务

三、线程池参数

下面是ThreadPoolExecutor类的构造方法传参数

pblic ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, #核心线程数
                              int maximumPoolSize,   #最大线程数
                              long keepAliveTime, #达到最大线程数数时候，线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间
                              TimeUnit unit,     #keepAliveTime单位
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue #阻塞队列
                           RejectedExecutionHandler handler #饱和策略

) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), handler);
    }

new ThreadPoolExecutor(6 ,12, 5L, TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>(10),new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

比如corePoolSize为6， maximumPoolSize为,12 keepAliveTime为5秒，队列长度为10；提交任务数达到核心线程数6时候，新来的任务就会被放入LinkedBlockingQueue阻塞队列，当队列任务数达到10个时候，就会创建新线程执行任务，直到达到maximumPoolSize数量12；如果还有新来的任务，由策略来处理提交的任务；如果没有，线程池空闲时候，超过5秒，创建的maximumPoolSize，就会被销毁。

四、阻塞队列

阻塞队列BlockingQueue接口，从jdk1.5开始，有四个实现类，jdk8亦是如此

ArrayBlockingQueue：是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。

LinkedBlockingQueue：一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue，静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列。

SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个列。

PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无限阻塞队列。

五、四种饱和策略

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，那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy，表示无法处理新任务时抛出异常，查看源码，从jdk5开始RejectedExecutionHandler接口有四个实现类，jdk8亦是如此。

AbortPolicy：不处理，直接抛出异常。
CallerRunsPolicy：若线程池还没关闭，调用当前所在线程来运行任务，r.run()执行。
DiscardOldestPolicy：LRU策略，丢弃队列里最近最久不使用的一个任务，并执行当前任务。
DiscardPolicy：不处理，丢弃掉，不抛出异常。

六、向线程池提交任务

可以使用两个方法向线程池提交任务，分别为execute()和submit()方法

1、execute()方法用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功

2、submit()方法用于提交需要返回值的任务。

线程池会返回一个future类型的对象，通过这个future对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过future的get()方法来获取返回值，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成，而使用get(long timeout，TimeUnit unit)，在指定的时间内会等待任务执行，超时则抛出超时异常，等待时候会阻塞当前线程

七、关闭线程池

ThreadPoolExecutor提供了两个方法，用于线程池的关闭，分别是shutdown()和shutdownNow()，它们的原理是遍历线
程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程

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

只要调用了这两个关闭方法中的任意一个，isShutdown方法就会返回true。当所有的任务
都已关闭后，才表示线程池关闭成功，这时调用isTerminaed方法会返回true

因此，判断线程池所有线程是否执行完成，可以这样写

while(true){//死循环if(threadPool.isTerminated()) {//执行自己的操作break;//true停止}Thread.sleep(500);//休眠500继续循环
}

shutdown，只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态，然后中断所有没有正在执行任务的线
程，等待执行任务的线程完成。

shutdownNow首先将线程池的状态设置成STOP，然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程，

并返回等待执行任务的列表

八、线程池状态

线程池有五种运行状态

1、RUNNING

(1) 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。
(2) 状态切换：线程池的初始化状态是RUNNING。线程池被一旦被创建，就处于RUNNING状态，且线程池中的任务数为0

2、 SHUTDOWN

(1) 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。
(2) 状态切换：调用线程池的shutdown()接口时，线程池由RUNNING -> SHUTDOWN。

3、STOP

(1) 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。
(2) 状态切换：调用线程池的shutdownNow()接口时，线程池由(RUNNING or SHUTDOWN ) -> STOP。

4、TIDYING

(1) 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。
(2) 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

(1) 状态说明：线程池彻底终止，就变成TERMINATED状态。
(2) 状态切换：线程池处在TIDYING状态时，执行完terminated()之后，就会由 TIDYING -> TERMINATED。

源码中可以看到

private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;//32-3=29

// runState is stored in the high-order bits 运行状态存储在高位

//左移动29位，即-1的29次方，转换为二进制11100000000000000000000000000000
private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS;

//即0的29次方，转换为二进制00000000000000000000000000000000
private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS;

//即1的29次方，转换为二进制00100000000000000000000000000000
private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS;

//即2的29次方，转换为二进制01000000000000000000000000000000
private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS;

//即3的29次方，转换为二进制01100000000000000000000000000000
private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS;

合并线程池状态与工作线程数量：ctlOf

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));

//表示线程池最大容量，1的29次方减去1，即536870911，二进制表示00011111111111111111111111111111
private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1;

//rs线程池状态，wc工作线程数量，两者按位或，得到ctl ，高3位表示线程池状态，低29位表示工作线程数量
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

线程池状态：runStateOf

private static int runStateOf(int c) { return c & ~CAPACITY; }

描述：参数c=ctl.get()，get到合并值ctl，c & ~CAPACITY与运算，得到高3位就是线程状态

释义：CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1的值536870911，"~"表示取反

536870911转换二进制 00011111111111111111111111111111，取反后 11100000000000000000000000000000

参数c转为二进制后，其高3位与111按位与，得到的高3位是参数c的高3位

CAPACITY取反的低29位为零，所以参数c与之低29位按位与，得到的低29位是CAPACITY取反的低29位，全为0

示例：

xxx0000000000000000000000001100 & 11100000000000000000000000000000
按位与后xxx000000000000000000000000000 即取参数c的高3位，CAPACITY的低29位全为0

所为参数c,即ctl，高3位表示线程池状态

工作线程数量：workerCountOf

private static int workerCountOf(int c) { return c & CAPACITY; }

描述：参数c=ctl.get()，get到合并值ctl ，c & CAPACITY运算，得到低29位，即线程池线程数量

释义：CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1的值536870911

536870911转换二进制 00011111111111111111111111111111

参数c转为二进制后，其高3位与000按位与后，得到的高3位为CAPACITY 的高3位，即000

CAPACIT的低29位都为1，所以参数c低29位与之按位与，得到的低29位总是参数c的低29位

示例：

010xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx & 00011111111111111111111111111111
按位与后000xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 即取CAPACITY得高3位000，参数c的低29位

所为参数c,即ctl，低29位表示线程数量

九、调整线程池大小

　ThreadPoolExecutor提供了setter方法，因此创建线程池之后，也可以动态调整线程池大小

十、监控线程池

可以通过线程池提供的参数进行监控，在监控线程池的时候可以使用以下属性，获取线程池任务状况

taskCount：线程池需要执行的任务数量。
completedTaskCount：线程池在运行过程中已完成的任务数量，小于或等于taskCount。
largestPoolSize：线程池里曾经创建过的最大线程数量。通过这个数据可以知道线程池是
否曾经满过。如该数值等于线程池的最大大小，则表示线程池曾经满过。
getPoolSize：线程池的线程数量。如果线程池不销毁的话，线程池里的线程不会自动销
毁，所以这个大小只增不减。
getActiveCount：获取活动的线程数。

也可以通过扩展线程池进行监控。可以通过继承线程池来自定义线程池，重写线程池的beforeExecute、afterExecute和terminated方法，也可以在任务执行前、执行后和线程池关闭前执行一些代码来进行监控。

例如，监控任务的平均执行时间、最大执行时间和最小执行时间等，这几个方法在线程池里是空方法

参考：《Java并发编程的艺术》

参考：http://blog.51cto.com/10594544/2176728

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