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"。

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。

6. 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。

线程池默认的处理策略是AbortPolicy！

7. 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。
(01) DiscardPolicy 示例
(02) DiscardOldestPolicy 示例
(03) AbortPolicy 示例
(04) CallerRunsPolicy 示例

7.1 DiscardPolicy 示例

import java.lang.reflect.Field;import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;import java.util.concurrent.TimeUnit;import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy;public class DiscardPolicyDemo {    private static final int THREADS_SIZE = 1;    private static final int CAPACITY = 1;    public static void main(String[] args) throws Exception {        // 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)。        ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS,                new ArrayBlockingQueue(CAPACITY));        // 设置线程池的拒绝策略为"丢弃"        pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());        // 新建10个任务，并将它们添加到线程池中。        for (int i = 0; i < 10; i++) {            Runnable myrun = new MyRunnable("task-"+i);            pool.execute(myrun);        }        // 关闭线程池        pool.shutdown();    }}class MyRunnable implements Runnable {    private String name;    public MyRunnable(String name) {        this.name = name;    }    @Override    public void run() {        try {            System.out.println(this.name + " is running.");            Thread.sleep(100);        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }    }}

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！

7.2 DiscardOldestPolicy 示例

import java.lang.reflect.Field;import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;import java.util.concurrent.TimeUnit;import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy;public class DiscardOldestPolicyDemo {    private static final int THREADS_SIZE = 1;    private static final int CAPACITY = 1;    public static void main(String[] args) throws Exception {        // 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)。        ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS,                new ArrayBlockingQueue(CAPACITY));        // 设置线程池的拒绝策略为"DiscardOldestPolicy"        pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());        // 新建10个任务，并将它们添加到线程池中。        for (int i = 0; i < 10; i++) {            Runnable myrun = new MyRunnable("task-"+i);            pool.execute(myrun);        }        // 关闭线程池        pool.shutdown();    }}class MyRunnable implements Runnable {    private String name;    public MyRunnable(String name) {        this.name = name;    }    @Override    public void run() {        try {            System.out.println(this.name + " is running.");            Thread.sleep(200);        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }    }}

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。

7.3 AbortPolicy 示例

import java.lang.reflect.Field;import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;import java.util.concurrent.TimeUnit;import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy;import java.util.concurrent.RejectedExecutionException;public class AbortPolicyDemo {    private static final int THREADS_SIZE = 1;    private static final int CAPACITY = 1;    public static void main(String[] args) throws Exception {        // 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)。        ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS,                new ArrayBlockingQueue(CAPACITY));        // 设置线程池的拒绝策略为"抛出异常"        pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());        try {            // 新建10个任务，并将它们添加到线程池中。            for (int i = 0; i < 10; i++) {                Runnable myrun = new MyRunnable("task-"+i);                pool.execute(myrun);            }        } catch (RejectedExecutionException e) {            e.printStackTrace();            // 关闭线程池            pool.shutdown();        }    }}class MyRunnable implements Runnable {    private String name;    public MyRunnable(String name) {        this.name = name;    }    @Override    public void run() {        try {            System.out.println(this.name + " is running.");            Thread.sleep(200);        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }    }}

(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。

7.4 CallerRunsPolicy 示例

import java.lang.reflect.Field;import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;import java.util.concurrent.TimeUnit;import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy;public class CallerRunsPolicyDemo {    private static final int THREADS_SIZE = 1;    private static final int CAPACITY = 1;    public static void main(String[] args) throws Exception {        // 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)。        ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS,                new ArrayBlockingQueue(CAPACITY));        // 设置线程池的拒绝策略为"CallerRunsPolicy"        pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());        // 新建10个任务，并将它们添加到线程池中。        for (int i = 0; i < 10; i++) {            Runnable myrun = new MyRunnable("task-"+i);            pool.execute(myrun);        }        // 关闭线程池        pool.shutdown();    }}class MyRunnable implements Runnable {    private String name;    public MyRunnable(String name) {        this.name = name;    }    @Override    public void run() {        try {            System.out.println(this.name + " is running.");            Thread.sleep(100);        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }    }}

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。

8 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。

8.1 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> {    V call() throws Exception;}

说明：从中我们可以看出Callable支持泛型。

8.2 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<V> {    // 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 RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {    void run();}

(02) FutureTask实现了RunnableFuture接口。所以，我们也说它实现了Future接口。

9 示例和源码分析

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。

import java.util.concurrent.Callable;import java.util.concurrent.Future;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.ExecutionException;class MyCallable implements Callable {    @Override     public Integer call() throws Exception {        int sum    = 0;        // 执行任务        for (int i=0; i<100; i++)            sum += i;        //return sum;         return Integer.valueOf(sum);    } }public class CallableTest1 {    public static void main(String[] args)         throws ExecutionException, InterruptedException{        //创建一个线程池        ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();        //创建有返回值的任务        Callable c1 = new MyCallable();        //执行任务并获取Future对象         Future f1 = pool.submit(c1);        // 输出结果        System.out.println(f1.get());         //关闭线程池         pool.shutdown();     }}

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。

9.1 submit()

submit()在java/util/concurrent/AbstractExecutorService.java中实现，它的源码如下：

public Futuresubmit(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：

protected RunnableFuturenewTaskFor(Callable callable) {    return new FutureTask(callable);}

9.2. FutureTask的构造函数

FutureTask的构造函数如下：

public FutureTask(Callable callable) {    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}

9.3 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。        Callable c = 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。