前言
多線程編程中，為每個任務分配一個線程是不現實的，線程創建的開銷和資源消耗都是很高的。線程池應運而生，成為我們管理線程的利器。 Java 通過Executor接口，提供了一種標準的方法將任務的提交過程和執行過程解耦開來，並用Runnable表示任務。
下面，我們來分析一下Java 線程池框架的實現ThreadPoolExecutor。
下面的分析基於JDK1.7
生命週期
ThreadPoolExecutor中，使用CAPACITY的高3位來表示運行狀態，分別是：
1.RUNNING：接收新任務，並且處理任務隊列中的任務
2.SHUTDOWN：不接收新任務，但是處理任務隊列的任務
3.STOP：不接收新任務，不出來任務隊列，同時中斷所有進行中的任務
4.TIDYING：所有任務已經被終止，工作線程數量為0，到達該狀態會執行terminated()
5.TERMINATED：terminated()執行完畢
狀態轉換圖
ThreadPoolExecutor中用原子類來表示狀態位
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
線程池模型
核心參數
corePoolSize：最小存活的工作線程數量（如果設置allowCoreThreadTimeOut，那麼該值為0）
maximumPoolSize：最大的線程數量，受限於CAPACITY
keepAliveTime：對應線程的存活時間，時間單位由TimeUnit指定
workQueue：工作隊列，存儲待執行的任務
RejectExecutionHandler：拒絕策略，線程池滿後會觸發線程池的最大容量：CAPACITY中的前三位用作標誌位，也就是說工作線程的最大容量為(2^29)-1
四種模型
CachedThreadPool：一個可緩存的線程池，如果線程池的當前規模超過了處理需求時，那麼將回收空閒的線程，當需求增加時，則可以添加新的線程，線程池的規模不存在任何的限制。
FixedThreadPool：一個固定大小的線程池，提交一個任務時就創建一個線程，直到達到線程池的最大數量，這時線程池的大小將不再變化。
SingleThreadPool：一個單線程的線程池，它只有一個工作線程來執行任務，可以確保按照任務在隊列中的順序來串行執行，如果這個線程異常結束將創建一個新的線程來執行任務。
ScheduledThreadPool：一個固定大小的線程池，並且以延遲或者定時的方式來執行任務，類似於Timer。
執行任務execute
核心邏輯：
1.當前線程數量< corePoolSize，直接開啟新的核心線程執行任務addWorker(command, true)
2.當前線程數量>= corePoolSize，且任務加入工作隊列成功
1).檢查線程池當前狀態是否處於RUNNING
2).如果否，則拒絕該任務
3).如果是，判斷當前線程數量是否為0，如果為0，就增加一個工作線程。
3.開啟普通線程執行任務addWorker(command, false)，開啟失敗就拒絕該任務從上面的分析可以總結出線程池運行的四個階段：
1).poolSize < corePoolSize 且隊列為空，此時會新建線程來處理提交的任務
2).poolSize == corePoolSize，此時提交的任務進入工作隊列，工作線程從隊列中獲取任務執行，此時隊列不為空且未滿。
3).poolSize == corePoolSize，並且隊列已滿，此時也會新建線程來處理提交的任務，但是poolSize < maxPoolSize
4).poolSize == maxPoolSize，並且隊列已滿，此時會觸發拒絕策略
拒絕策略<br />前面我們提到任務無法執行會被拒絕，RejectedExecutionHandler是處理被拒絕任務的接口。下面是四種拒絕策略。
AbortPolicy：默認策略，終止任務，拋出RejectedException
CallerRunsPolicy：在調用者線程執行當前任務，不拋異常
DiscardPolicy：拋棄策略，直接丟棄任務，不拋異常
Di scardOldersPolicy：拋棄最老的任務，執行當前任務，不拋異常
線程池中的Worker
Worker繼承了AbstractQueuedSynchronizer和Runnable，前者給Worker提供鎖的功能，後者執行工作線程的主要方法runWorker(Worker w)（從任務隊列撈任務執行）。 Worker 引用存在workers集合裡面，用mainLock守護。
private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();
private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();
核心函數runWorker
下面是簡化的邏輯，注意：每個工作線程的run都執行下面的函數
final void runWorker(Worker w) { Thread wt = Thread.currentThread(); Runnable task = w.firstTask; w.firstTask = null; while (task != null || (task = getTask()) != null) { w.lock(); beforeExecute(wt, task); task.run(); afterExecute(task, thrown); w.unlock(); } processWorkerExit(w, completedAbruptly);} 1.從getTask()中獲取任務
2.鎖住worker
3.執行beforeExecute(wt, task)，這是ThreadPoolExecutor提供給子類的擴展方法
4.運行任務，如果該worker有配置了首次任務，則先執行首次任務且只執行一次。
5.執行afterExecute(task, thrown);
6.解鎖worker
7.如果獲取到的任務為null，關閉worker
獲取任務getTask
線程池內部的任務隊列是一個阻塞隊列，具體實現在構造時傳入。
private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;
getTask()從任務隊列中獲取任務，支持阻塞和超時等待任務，四種情況會導致返回null，讓worker關閉。
1.現有的線程數量超過最大線程數量
2.線程池處於STOP狀態
3.線程池處於SHUTDOWN狀態且工作隊列為空
4.線程等待任務超時，且線程數量超過保留線程數量
核心邏輯：根據timed在阻塞隊列上超時等待或者阻塞等待任務，等待任務超時會導致工作線程被關閉。
timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;Runnable r = timed ? workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) : workQueue.take();
在以下兩種情況下等待任務會超時：
1.允許核心線程等待超時，即allowCoreThreadTimeOut(true)
2.當前線程是普通線程，此時wc > corePoolSize
工作隊列使用的是BlockingQueue，這裡就不展開了，後面再寫一篇詳細的分析。
總結
ThreadPoolExecutor基於生產者-消費者模式，提交任務的操作相當於生產者，執行任務的線程相當於消費者。
Executors提供了四種基於ThreadPoolExecutor構造線程池模型的方法，除此之外，我們還可以直接繼承ThreadPoolExecutor，重寫beforeExecute和afterExecute方法來定制線程池任務執行過程。
使用有界隊列還是無界隊列需要根據具體情況考慮，工作隊列的大小和線程的數量也是需要好好考慮的。
拒絕策略推薦使用CallerRunsPolicy，該策略不會拋棄任務，也不會拋出異常，而是將任務回退到調用者線程中執行。
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