持续创作，加速成长！这是我参与「掘金日新计划 · 6 月更文挑战」的第19天，点击查看活动详情

艺术来源于生活：

说明：

工厂中有固定的一批工人，称为正式工人，工厂接收的订单由这些工人去完成。当订单增加，正式工人已经忙不过来了，工厂会将生产原料暂时堆积在仓库中，等有空闲的工人时再处理（因为工人空闲了也不会主动处理仓库中的生产任务，所以需要调度员实时调度）。仓库堆积满了后，订单还在增加怎么办？

工厂只能临时扩招一批工人来应对生产高峰，而这批工人高峰结束后是要清退的，所以称为临时工。当时临时工也以招满后（受限于工位限制，临时工数量有上限），后面的订单只能忍痛拒绝了。

与线程池的映射关系：

工厂——线程池
订单——任务（Runnable）
正式工人——核心线程
临时工——普通线程
仓库——任务队列
调度员——getTask()

映射后：工作流程分析图：

ThreadPoolExecutor 图

ThreadPoolExecutor 构造方法分析

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             threadFactory, defaultHandler);
}

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), handler);
}

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          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();
    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}

7大参数分析

corePoolSize（必需）：核心线程数。即池中一直保持存活的线程数，即使这些线程处于空闲。但是将allowCoreThreadTimeOut参数设置为true后，核心线程处于空闲一段时间以上，也会被回收。
maximumPoolSize（必需）：池中允许的最大线程数。当核心线程全部繁忙且任务队列打满之后，线程池会临时追加线程，直到总线程数达到maximumPoolSize这个上限。
keepAliveTime（必需）：线程空闲超时时间。当非核心线程处于空闲状态的时间超过这个时间后，该线程将被回收。将allowCoreThreadTimeOut参数设置为true后，核心线程也会被回收。
unit（必需）： keepAliveTime参数的时间单位。有：TimeUnit.DAYS（天）、TimeUnit.HOURS（小时）、TimeUnit.MINUTES（分钟）、TimeUnit.SECONDS（秒）、TimeUnit.MILLISECONDS（毫秒）、TimeUnit.MICROSECONDS（微秒）、TimeUnit.NANOSECONDS（纳秒）
workQueue（必需）：任务队列，采用阻塞队列实现。当核心线程全部繁忙时，后续由execute方法提交的Runnable将存放在任务队列中，等待被线程处理。
threadFactory（可选）：线程工厂。指定线程池创建线程的方式。
handler（可选）：拒绝策略。当线程池中线程数达到maximumPoolSize且workQueue打满时，后续提交的任务将被拒绝，handler可以指定用什么方式拒绝任务。

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler)创建一个新的 ThreadPoolExecutor与给定的初始参数。 
参数 
corePoolSize - 即使空闲时仍保留在池中的线程数，除非设置 allowCoreThreadTimeOut 
maximumPoolSize - 池中允许的最大线程数 
keepAliveTime - 当线程数大于内核时，这是多余的空闲线程在终止前等待新任务的最大时间。 
unit - keepAliveTime参数的时间单位 
workQueue - 用于在执行任务之前使用的队列。 这个队列将仅保存execute方法提交的Runnable任务。 
threadFactory - 执行程序创建新线程时使用的工厂 
handler - 执行被阻止时使用的处理程序，因为达到线程限制和队列容量 
异常 
IllegalArgumentException - 如果以下某项成立： 
corePoolSize < 0 
keepAliveTime < 0 
maximumPoolSize <= 0 
maximumPoolSize < corePoolSize 
NullPointerException - 如果 workQueue或 threadFactory或 handler为空

合成图片：

聊一下任务队列 workQueue

在线程池的Api文档中分为3种：

SynchronousQueue 同步队列
LinkedBlockingQueue 无边界队列
ArrayBlockingQueue 有边界队列
SynchronousQueue：同步队列。这是一个内部没有任何容量的阻塞队列，任何一次插入操作的元素都要等待相对的删除/读取操作，否则进行插入操作的线程就要一直等待，反之亦然。
LinkedBlockingQueue：无界队列（严格来说并非无界，上限是Integer.MAX_VALUE），基于链表结构。使用无界队列后，当核心线程都繁忙时，后续任务可以无限加入队列，因此线程池中线程数不会超过核心线程数。这种队列可以提高线程池吞吐量，但代价是牺牲内存空间，甚至会导致内存溢出。另外，使用它时可以指定容量，这样它也就是一种有界队列了。
ArrayBlockingQueue：有界队列，基于数组实现。在线程池初始化时，指定队列的容量，后续无法再调整。这种有界队列有利于防止资源耗尽，但可能更难调整和控制。

Java还提供了另外4种队列

PriorityBlockingQueue：支持优先级排序的无界阻塞队列。存放在PriorityBlockingQueue中的元素必须实现Comparable接口，这样才能通过实现compareTo()方法进行排序。优先级最高的元素将始终排在队列的头部；PriorityBlockingQueue不会保证优先级一样的元素的排序，也不保证当前队列中除了优先级最高的元素以外的元素，随时处于正确排序的位置。DelayQueue：延迟队列。基于二叉堆实现，同时具备：无界队列、阻塞队列、优先队列的特征。DelayQueue延迟队列中存放的对象，必须是实现Delayed接口的类对象。通过执行时延从队列中提取任务，时间没到任务取不出来。更多内容请见DelayQueue。
LinkedBlockingDeque：双端队列。基于链表实现，既可以从尾部插入/取出元素，还可以从头部插入元素/取出元素。
LinkedTransferQueue：由链表结构组成的无界阻塞队列。这个队列比较特别的时，采用一种预占模式，意思就是消费者线程取元素时，如果队列不为空，则直接取走数据，若队列为空，那就生成一个节点（节点元素为null）入队，然后消费者线程被等待在这个节点上，后面生产者线程入队时发现有一个元素为null的节点，生产者线程就不入队了，直接就将元素填充到该节点，并唤醒该节点等待的线程，被唤醒的消费者线程取走元素。

拒绝策略

当线程池workQueue已满且无法再创建新线程池时，就要拒绝后续任务了。拒绝策略需要实现RejectedExecutionHandler接口，不过Executors框架已经为我们实现了4种拒绝策略。

AbortPolicy（默认）：丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
CallerRunsPolicy：直接运行这个任务的run方法，但并非是由线程池的线程处理，而是交由任务的调用线程处理。
DiscardPolicy：直接丢弃任务，不抛出任何异常。
DiscardOldestPolicy：将当前处于等待队列列头的等待任务强行取出，然后再试图将当前被拒绝的任务提交到线程池执行。

线程池5种状态：

    private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS; 运行
    private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS; 关闭
    private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS; 停止
    private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS; 整理
    private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;终止

RUNNING：当创建线程池后，初始时，线程池处于RUNNING状态；
SHUTDOWN：如果调用了shutdown()方法，则线程池处于SHUTDOWN状态，此时线程池不能够接受新的任务，它会等待所有任务执行完毕；
STOP：如果调用了shutdownNow()方法，则线程池处于STOP状态，此时线程池不能接受新的任务，并且会去尝试终止正在执行的任务；
TERMINATED：当线程池处于SHUTDOWN或STOP状态，并且所有工作线程已经销毁，任务缓存队列已经清空或执行结束后，线程池被设置为TERMINATED状态。

线程池关闭

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

设置线程池大小

再创建线程池的时候初始化大小（构造方法中设置）
setCorePoolSize：设置核心池大小
setMaximumPoolSize：设置线程池最大能创建的线程数目大小

创建线程池的几种方式：

new ThreadPoolExecutor() 自己创建线程池
FixedThreadPool 封装后的固定容量线程池
SingleThreadExecutor 封装后的：但线程池
ScheduledThreadPool 封装后的：定时线程池
CachedThreadPool 封装后的：缓存线程池

自己创建线程池代码实现

/**
 * 功能描述：线程池学习
 *
 * @author Songxianyang
 * @date 2022-02-05 14:15
 */
public class ThreadPoolExecutorTest {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 5, TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5));
        // 向线程池提交任务
        for (int i = 0; i < threadPool.getCorePoolSize(); i++) {
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    for (int x = 0; x < 2; x++) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + x);
                        try {
                            Thread.sleep(2000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            });
        }
    
        // 关闭线程池
        threadPool.shutdown(); // 设置线程池的状态为SHUTDOWN，然后中断所有没有正在执行任务的线程
        // threadPool.shutdownNow(); // 设置线程池的状态为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，该方法要慎用，容易造成不可控的后果
    }
}

使用Executors 其他三个类似

/**
 * 功能描述：固定容量线程池
 *
 * @author Songxianyang
 * @date 2022-02-05 17:44
 */
public class FixedThreadPoolTest {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
        Runnable runnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("需要一个runnable");
            }
        };
        //向线程池种提交任务
        threadPool.execute(
                //这个地方的代码等同与上面的runnable 实现类 Java8新特性
                ()->{
            System.out.println("需要一个runnable");
        });
    }
}

分析：

 FixedThreadPool

固定容量线程池。其特点是最大线程数就是核心线程数，意味着线程池只能创建核心线程，keepAliveTime为0，即线程执行完任务立即回收。任务队列未指定容量，代表使用默认值Integer.MAX_VALUE。适用于需要控制并发线程的场景。

SingleThreadExecutor

单线程线程池。

特点是线程池中只有一个线程（核心线程），线程执行完任务立即回收，使用有界阻塞队列（容量未指定，使用默认值Integer.MAX_VALUE）

ScheduledThreadPool

定时线程池。指定核心线程数量，普通线程数量无限，线程执行完任务立即回收，任务队列为延时阻塞队列。这是一个比较特别的线程池，适用于执行定时或周期性的任务。

CachedThreadPool

缓存线程池。没有核心线程，普通线程数量为Integer.MAX_VALUE（可以理解为无限），线程闲置60s后回收，任务队列使用SynchronousQueue这种无容量的同步队列。适用于任务量大但耗时低的场景。

Java线程池设计思想到使用