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首先要注意的概念

首先线程池有几个概念大家要理解：
1、线程池是往里面放任务，不是从里面拿一个线程来执行任务。
2、线程的创建和销毁是一个重资源，JVM 中的线程与操作系统的线程是一对一的关系。
所以，这就是为什么核心线程数要存在。因为要避免线程频繁地创建与销毁，因此我们需要缓存一批线程，让它们时刻准备着执行任务。

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JUC-线程池架构图

架构图

JUC就是java.util.concurrent工具包的简称，该工具包是从JDK 1.5开始加入JDK的，是用于完成高并发、处理多线程的一个工具包。

1.Executor

Executor是Java异步目标任务的“执行者”接口，其目标是执行目标任务。“执行者”Executor提供了execute()接口来执行已提交的Runnable执行目标实例。Executor作为执行者的角色，其目的是提供一种将“任务提交者”与“任务执行者”分离开来的机制。它只包含一个函数式方法：

void execute(Runnable command) 

2.ExecutorService

ExecutorService继承于Executor。它是Java异步目标任务的“执行者服务接”口，对外提供异步任务的接收服务。ExecutorService提供了“接收异步任务并转交给执行者”的方法，如submit系列方法、invoke系列方法等，具体如下：

//向线程池提交单个异步任务 
<T> Future<T> submit(Callable<T> task); 

//向线程池提交批量异步任务 
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException; 

3.AbstractExecutorService

AbstractExecutorService是一个抽象类，它实现了ExecutorService接口。AbstractExecutorService存在的目的是为ExecutorService中的接口提供默认实现。

4.ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor就是大名鼎鼎的“线程池”实现类，它继承于AbstractExecutorService抽象类。

ThreadPoolExecutor是JUC线程池的核心实现类。线程的创建和终止需要很大的开销，线程池中预先提供了指定数量的可重用线程，所以使用线程池会节省系统资源，并且每个线程池都维护了一些基础的数据统计，方便线程的管理和监控。

5.ScheduledExecutorService

ScheduledExecutorService是一个接口，它继承于ExecutorService。它是一个可以完成“延时”和“周期性”任务的调度线程池接口，其功能和Timer/TimerTask类似。

6.ScheduledThreadPoolExecutor

ScheduledThreadPoolExecutor继承于ThreadPoolExecutor，它提供了ScheduledExecutorService线程池接口中“延时执行”和“周期执行”等抽象调度方法的具体实现。ScheduledThreadPoolExecutor类似于Timer，但是在高并发程序中，ScheduledThreadPoolExecutor的性能要优于Timer。

7.Executors

Executors是一个静态工厂类，它通过静态工厂方法返回ExecutorService、ScheduledExecutorService等线程池示例对象，这些静态工厂方法可以理解为一些快捷的创建线程池的方法。

Executors的4种快捷创建线程池的方法

线程池的标准创建方式

注意：现实编码过程中，禁止使用快捷线程池，通过标准构造器ThreadPoolExecutor去构造工作线程池。

// 使用标准构造器构造一个普通的线程池 
public ThreadPoolExecutor( int corePoolSize, // 核心线程数，即使线程空闲（Idle），也不会回收 
int maximumPoolSize, // 线程数的上限 
long keepAliveTime, TimeUnit unit, // 线程最大空闲（Idle）时长 
BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 任务的排队队列 
ThreadFactory threadFactory, // 新线程的产生方式 
RejectedExecutionHandler handler) // 拒绝策略

1.核心和最大线程数量

参数corePoolSize用于设置核心（Core）线程池数量，参数maximumPoolSize用于设置最大线程数量。线程池执行器将会根据corePoolSize和maximumPoolSize自动维护线程池中的工作线程，大致规则为：
（1）当在线程池接收到新任务，并且当前工作线程数少于corePoolSize时，即使其他工作线程处于空闲状态，也会创建一个新线程来处理该请求，直到线程数达到corePoolSize。
（2）如果当前工作线程数多于corePoolSize数量，但小于maximumPoolSize数量，那么仅当任务排队队列已满时才会创建新线程。通过设置corePoolSize和maximumPoolSize相同，可以创建一个固定大小的线程池。
（3）当maximumPoolSize被设置为无界值（如Integer.MAX_VALUE）时，线程池可以接收任意数量的并发任务。
（4）corePoolSize和maximumPoolSize不仅能在线程池构造时设置，也可以调用setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize()两个方法进行动态更改。

2.BlockingQueue

BlockingQueue（阻塞队列）的实例用于暂时接收到的异步任务，如果线程池的核心线程都在忙，那么所接收到的目标任务缓存在阻塞队列中。

3.keepAliveTime

线程构造器的keepAliveTime（空闲线程存活时间）参数用于设置池内线程最大Idle（空闲）时长（或者说保活时长），如果超过这个时间，默认情况下Idle、非Core线程会被回收。
如果池在使用过程中提交任务的频率变高，也可以调用方法setKeepAliveTime(long，TimeUnit)进行线程存活时间的动态调整，可以将时长延长。如果需要防止Idle线程被终止，可以将Idle时间设置为无限大，具体如下：

setKeepAliveTime(Long.MAX_VALUE，TimeUnit.NANOSECONDS); 

注意：：默认情况下，Idle超时策略仅适用于存在超过corePoolSize线程的情况。但若调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法，并且传入了参数true，则keepAliveTime参数所设置的Idle超时策略也将被应用于核心线程。

线程池的任务调度流程

（1）如果当前工作线程数量小于核心线程数量，执行器总是优先创建一个任务线程，而不是从线程队列中获取一个空闲线程。
（2）如果线程池中总的任务数量大于核心线程池数量，新接收的任务将被加入阻塞队列中，一直到阻塞队列已满。在核心线程池数量已经用完、阻塞队列没有满的场景下，线程池不会为新任务创建一个新线程。
（3）当完成一个任务的执行时，执行器总是优先从阻塞队列中获取下一个任务，并开始执行，一直到阻塞队列为空，其中所有的缓存任务被取光。
（4）在核心线程池数量已经用完、阻塞队列也已经满了的场景下，如果线程池接收到新的任务，将会为新任务创建一个线程（非核心线程），并且立即开始执行新任务。

如果线程池中的线程数量大于 corePoolSize时，如果某线程空闲时间超过keepAliveTime，线程将被终止，直至线程池中的线程数目不大于corePoolSize；

（5）在核心线程都用完、阻塞队列已满的情况下，一直会创建新线程去执行新任务，直到池内的线程总数超出maximumPoolSize。如果线程池的线程总数超过maximumPoolSize，线程池就会拒绝接收任务，当新任务过来时，会为新任务执行拒绝策略。

四种拒绝策略

/**
 * 四种拒绝策略：
 *
 * new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() 
 * 默认。拒绝这个任务，并且抛出RejectedExecutionException异常。
 * 
 * new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy() 
 * 队列满了，丢掉任务，不会抛出异常！
 *
 * new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy() 
 * 队列满了，尝试去和最早的竞争，也不会抛出异常！
 * 抛弃最老任务策略，也就是说如果队列满了，就会将最早进入队列的任务抛弃，从队列中腾出空间，再尝试加入队列。因为队列
 * 是队尾进 队头出，队头元素是最老的，所以每次都是移除队头元素后再尝试入队
 *
 * new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() 
 * 调用者执行策略。在新任务被添加到线程池时，如果添加失败，那么提交任务线程会自己去执行该任务，不会使用线程池中的线程     
 * 去执行 新任务。
 *
 */

ThreadFactory（线程工厂）

Executors为线程池工厂类，用于快捷创建线程池（Thread Pool）；ThreadFactory为线程工厂类，用于创建线程（Thread）。

任务阻塞队列

Java中的阻塞队列（BlockingQueue）与普通队列相比有一个重要的特点：在阻塞队列为空时会阻塞当前线程的元素获取操作。具体来说，在一个线程从一个空的阻塞队列中获取元素时线程会被阻塞，直到阻塞队列中有了元素；当队列中有元素后，被阻塞的线程会自动被唤醒（唤醒过程不需要用户程序干预）。

Java线程池使用BlockingQueue实例暂时接收到的异步任务， BlockingQueue是JUC包的一个超级接口，比较常用的实现类有：

ArrayBlockingQueue

（1）ArrayBlockingQueue：是一个数组实现的有界阻塞队列（有界队列），队列中的元素按FIFO排序。ArrayBlockingQueue在创建时必须设置大小，接收的任务超出corePoolSize数量时，任务被缓存到该阻塞队列中，任务缓存的数量只能为创建时设置的大小，若该阻塞队列已满，则会为新的任务创建线程，直到线程池中的线程总数大于maximumPoolSize。

LinkedBlockingQueue

（2）LinkedBlockingQueue：是一个基于链表实现的阻塞队列，按FIFO排序任务，可以设置容量（有界队列），不设置容量则默认使用Integer.Max_VALUE作为容量（无界队列）。该队列的吞吐量高于ArrayBlockingQueue。

如果不设置LinkedBlockingQueue的容量（无界队列），当接收的任务数量超出corePoolSize时，则新任务可以被无限制地缓存到该阻塞队列中，直到资源耗尽。有两个快捷创建线程池的工厂方法 Executors.newSingleThreadExecutor和Executors.newFixedThreadPool使用了这个队列，并且都没有设置容量（无界队列）。

PriorityBlockingQueue

（3）PriorityBlockingQueue：是具有优先级的无界队列。

DelayQueue

（4）DelayQueue：这是一个无界阻塞延迟队列，底层基于PriorityBlockingQueue实现，队列中每个元素都有过期时间，当从队列获取元素（元素出队）时，只有已经过期的元素才会出队，队列头部的元素是过期最快的元素。快捷工厂方法 Executors.newScheduledThreadPool所创建的线程池使用此队列。

SynchronousQueue

（5）SynchronousQueue：（同步队列）是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的调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，其吞吐量通常高于LinkedBlockingQueue。快捷工厂方法Executors.newCachedThreadPool所创建的线程池使用此队列。与前面的队列相比，这个队列比较特殊，它不会保存提交的任务，而是直接新建一个线程来执行新来的任务。

调度器的钩子方法

ThreadPoolExecutor线程池调度器为每个任务执行前后都提供了钩子方法。ThreadPoolExecutor类提供了三个钩子方法（空方法），这三个钩子方法一般用作被子类重写，具体如下：

//任务执行之前的钩子方法（前钩子） 
protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) { } 
//任务执行之后的钩子方法（后钩子） 
protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) { } 
//线程池终止时的钩子方法（停止钩子） 
protected void terminated() { }

线程池的五种状态

线程池总共存在5种状态，定义在ThreadPoolExecutor类中，具体代码如下：

// 省略import 
public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService { 
// runState is stored in the high-order bits 
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; 
// 省略其他 }

线程池的5种状态具体如下：
（1）RUNNING：线程池创建之后的初始状态，这种状态下可以执行任务。
（2）SHUTDOWN：该状态下线程池不再接受新任务，但是会将工作队列中的任务执行完毕。
（3）STOP：该状态下线程池不再接受新任务，也不会处理工作队列中的剩余任务，并且将会中断所有工作线程。
（4）TIDYING：该状态下所有任务都已终止或者处理完成，将会执行terminated()钩子方法。
（5）TERMINATED：执行完terminated()钩子方法之后的状态。

优雅地关闭线程池主要涉及的方法有3个：
（1）shutdown
（2）shutdownNow
（3）awaitTermination
（4）注册JVM钩子函数自动关闭线程池

Executors快捷创建线程池存在潜在问题

1.使用Executors创建“固定数量的线程池”的潜在问题

newFixedThreadPool工厂方法返回一个ThreadPoolExecutor实例，该线程池实例的corePoolSize数量为参数nThread，其maximumPoolSize数 量也为参数nThread，其workQueue属性的值为 LinkedBlockingQueue<Runnable>()无界阻塞队列。

使用Executors创建“固定数量的线程池”的潜在问题主要存在于其workQueue上，其值为LinkedBlockingQueue（无界阻塞队列）。如果任务提交速度持续大于任务处理速度，就会造成队列中大量的任务等待。如果队列很大，很有可能导致JVM出现OOM（Out Of Memory）异常，即内存资源耗尽。

{ 
return new ThreadPoolExecutor( 
nThreads, // 核心线程数 
nThreads, // 最大线程数 
0L, // 线程最大空闲（Idle）时长 
TimeUnit.MILLISECONDS, // 时间单位：毫秒 
new LinkedBlockingQueue<Runnable>() //任务的排队队列，无界队列 
); 
} 

2.使用Executors创建“单线程化线程池”的潜在问题

使用newSingleThreadExecutor工厂方法创建“单线程化线程池”的源码如下：

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() 
{
return new FinalizableDelegatedExecutorService 
(new ThreadPoolExecutor(
1, // 核心线程数 
1, // 最大线程数 
0L, // 线程最大空闲（Idle）时长
TimeUnit.MILLISECONDS, //时间单位：毫秒 
new LinkedBlockingQueue<Runnable>() //无界队列 
)); 
}

使用Executors创建的“单线程化线程池”与“固定大小的线程池”一样，其潜在问题仍然存在于其workQueue属性上，该属性的值为LinkedBlockingQueue（无界阻塞队列）。如果任务提交速度持续大于任务处理速度，就会造成队列大量阻塞。如果队列很大，很有可能导致JVM的OOM异常，甚至造成内存资源耗尽。

3.使用Executors创建“可缓存线程池”的潜在问题

public static ExecutorService newCachedThreadPool() { 
return new ThreadPoolExecutor( 
0, // 核心线程数 
Integer.MAX_VALUE, // 最大线程数 
60L, // 线程最大空闲（Idle）时长 
TimeUnit.MILLISECONDS, // 时间单位：毫秒 
new SynchronousQueue<Runnable>() // 任务的排队队列，无界队列 
); }

newCachedThreadPool()当“可缓存线程池”有新任务到来时，新任务会被插入SynchronousQueue实例中，由于SynchronousQueue是同步队列，因此会在池中寻找可用线程来执行，若有可用线程则执行，若没有可用线程，则线程池会创建一个线程来执行该任务。

使用Executors创建的“可缓存线程池”newCachedThreadPool() 的潜在问题存在于其最大线程数量不设限上。由于其maximumPoolSize的值为Integer.MAX_VALUE（非常大），可以认为可以无限创建线程，如果任务提交较多，就会造成大量的线程被启动，很有可能造成OOM异常，甚至导致CPU线程资源耗尽。

4.使用Executors创建“可调度线程池”的潜在问题

使用newScheduledThreadPool工厂方法创建“可调度线程池”的：

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
super(
corePoolSize, // 核心线程数 
Integer.MAX_VALUE, // 最大线程数 
0, // 线程最大空闲（Idle）时长 
NANOSECONDS,//时间单位 
new DelayedWorkQueue() //任务的排队队列 
); }

其corePoolSize为传递来的参数，maximumPoolSize为Integer.MAX_VALUE，表示线程数不设上限，其workQueue为一个DelayedWorkQueue实例，这是一个按到期时间升序排序的阻塞队列。

使用Executors创建的“可缓存线程池”的潜在问题存在于其最大线程数量不设限上。由于其线程数量不设限，如果到期任务太多，就会导致 CPU的线程资源耗尽。

总结

总结起来，使用Executors创建线程池主要的弊端如下：

（1）FixedThreadPool和SingleThreadPool 这两个工厂方法所创建的线程池，工作队列（任务排队的队列）的长度都为Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的任务，从而导致OOM（即耗尽内存资源）。

（2）CachedThreadPool和ScheduledThreadPool 这两个工厂方法所创建的线程池允许创建的线程数量为 Integer.MAX_VALUE，可能会导致创建大量的线程，从而导致OOM。 虽然Executors工厂类提供了构造线程池的便捷方法，但是对于服务 器程序而言，大家应该杜绝使用这些便捷方法，而是直接使用线程池 ThreadPoolExecutor的构造器，从而有效避免由于使用无界队列可能导致的内存资源耗尽，或者由于对线程个数不做限制而导致的CPU资源耗尽等问题。

所以，大厂的编程规范都不允许使用Executors创建线程池，而是要求使用标准构造器ThreadPoolExecutor创建线程池。

如何确定线程池的线程数

IO密集型任务

IO密集型任务（此类任务主要是执行IO操作。/IO事件处理线程数默认值为CPU核数的两倍；Netty的IO读写操作。）、

CPU密集型任务

CPU密集型任务（此类任务主要是执行计算任务。其特点是要进行大量计算而需要消耗CPU资源，比如计算圆周率、对视频进行高清解码等。

但是并行的任务越多，花在任务切换的时间就越多，CPU执行任务的效率就越低，所以要最高效地利用CPU， CPU密集型任务并行执行的数量=CPU的核心数。）

混合型任务

混合型任务（最佳线程数目 = (线程等待时间与线程CPU时间之比 + 1) * CPU核数 ）
CPU的核心数：Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2