线程池学习总结
参考文章：
讲解线程池的思路;
线程池的好处--> 线程池的模型 --> 线程池的工作过程 --> 线程池的创建方式 --> ThreadPoolExecutor 的构造方法参数
一、线程池的好处（为什么要使用线程池）
池化技术的思想主要是为了减少每次获取资源的消耗，提高对资源的利用率。线程池也是这样，因为创建一个线程需要调用操作系统内核的 API，然后操作系统要为线程分配一系列的资源，这个成本很大，所以线程是一个重量级的对象，应该避免频繁创建和销毁。
这里借用《Java 并发编程的艺术》提到的来说一下使用线程池的好处：
- 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。
- 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
- 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，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的分配，调优和监控。
二、线程池的类和接口的介绍
Executor: 所有线程池的接口,只有一个方法。
ExecutorService: 增加Executor的行为，是Executor实现类的最直接接口。
Executors： 创建线程池的静态工厂类，提供了一系列工厂方法用于创先线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService 接口。但是一般不推荐使用这个工厂类，因为Executors 提供的很多方法默认使用的都是无界的 LinkedBlockingQueue，高负载情境下，无界队列很容易导致 OOM，而 OOM 会导致所有请求都无法处理，这非常致命。所以最好使用有界队列。
ThreadPoolExecutor：线程池的具体实现类,一般用的各种线程池都是基于这个类实现的。
2.1 ThreadPoolExecutor 构造方法参数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler)
1. corePoolSize：指定了线程池中的核心线程数量。即线程池中最少的线程数量
2. maximumPoolSize：指定了线程池中的最大线程数量。超过 corePoolSize 后的线程称之为 非核心线程，这些线程在执行完任务后经过一段时间就会被销毁
3. keepAliveTime：非核心线程执行完任务后能继续存活的时间。Java 在 1.6 版本还增加 allowCoreThreadTimeOut(boolean value) 方法，它可以让所有线程都支持超时，这意味着如果项目很闲，就会将项目组的成员都撤走。
4. unit：keepAliveTime 的单位
5. workQueue：任务队列，暂存被提交但尚未被执行的任务。执行的是FIFIO原则（先进先出）
6. threadFactory：线程工厂，用于创建线程，通过这个参数可以自定义如何创建线程，例如可以给线程指定一个有意义的名字。
7. handler：拒绝策略，当任务太多来不及处理，如何拒绝任务。
2.1 拒绝策略
线程池中的线程已经用完了，无法继续为新任务服务，同时，等待队列也已经排满了，再也塞不下新任务了。这时候我们就需要拒绝策略机制合理的处理这个问题。
JDK 内置的拒绝策略如下：
1. AbortPolicy ： 不执行新任务，直接抛出 RejectedExecutionException 异常，阻止系统正常运行。
2. CallerRunsPolicy ： 提交该任务的线程直接调用execute来执行当前任务
3. DiscardOldestPolicy ： 线程池会放弃等待队列中最旧的未处理任务，然后将被拒绝的任务添加到等待队列中。
4. DiscardPolicy ： 该策略默默地丢弃无法处理的任务，不予任何处理。如果允许任务丢失，这是最好的一种方案。
以上内置拒绝策略均实现了 RejectedExecutionHandler 接口，若以上策略仍无法满足实际需要，完全可以自己扩展RejectedExecutionHandler 接口。
三、Java 线程池工作过程
1. 线程池刚创建时，里面没有一个线程。任务队列是作为参数传进来的。不过，就算队列里面有任务，线程池也不会马上执行它们。
2. 当调用 execute() 方法添加一个任务时，线程池会做如下判断：
a) 如果正在运行的线程数量小于 corePoolSize，那么马上创建线程运行这个任务；
b) 如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize，那么将这个任务放入等待队列；
c) 如果这时候队列满了，而且正在运行的线程数量小于 maximumPoolSize，那么启动后被隐藏能源，创建非核心线程立刻运行这个任务；
d) 如果队列满了，而且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize，那么线程池执行拒绝策略。
3. 当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行。
4. 当一个线程无事可做，超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程池会判断，如果当前运行的线程数大于 corePoolSize，那么这个线程就被停掉。所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到 corePoolSize 的大小。
线程池的宏观图
四、JAVA 阻塞队列原理
阻塞队列，关键字是阻塞，先理解阻塞的含义，在阻塞队列中，线程阻塞有这样的两种情况：
1. 当队列中没有数据的情况下，消费者端的所有线程都会被自动阻塞（挂起），直到有数据放入队列。
2. 当队列中填满数据的情况下，生产者端的所有线程都会被自动阻塞（挂起），直到队列中有空的位置，线程被自动唤醒。
4.1 主要方法
4.2 插入操作：
1：public abstract boolean add(E paramE)：将指定元素插入此队列中（如果立即可行且不会违反容量限制），成功时返回 true，如果当前没有可用的空间，则抛出 IllegalStateException。如果该元素是 NULL，则会抛出 NullPointerException 异常。
2：public abstract boolean offer(E paramE)：将指定元素插入此队列中（如果立即可行且不会违反容量限制），成功时返回 true，如果当前没有可用的空间，则返回 false。
3：public abstract void put(E paramE) throws InterruptedException： 将指定元素插入此队列中，将等待可用的空间（如果有必要）
4：offer(E o, long timeout, TimeUnit unit)：可以设定等待的时间，如果在指定的时间内，还不能往队列中加入 BlockingQueue，则返回失败。
4.3 获取数据操作 ：
1：poll(time):取走 BlockingQueue 里排在首位的对象,若不能立即取出,则可以等 time 参数规定的时间,取不到时返回 null;
2：poll(long timeout, TimeUnit unit)：从 BlockingQueue 取出一个队首的对象，如果在指定时间内，队列一旦有数据可取，则立即返回队列中的数据。否则直到时间超时还没有数据可取，返回失败。
3：take():取走 BlockingQueue 里排在首位的对象,若 BlockingQueue 为空,阻断进入等待状态直到 BlockingQueue 有新的数据被加入。
4.drainTo():一次性从 BlockingQueue 获取所有可用的数据对象（还可以指定获取数据的个数），通过该方法，可以提升获取数据效率；不需要多次分批加锁或释放锁。
4.4 Java 中的阻塞队列
1. ArrayBlockingQueue ：由数组结构组成的有界阻塞队列。
2. LinkedBlockingQueue ：由链表结构组成的有界阻塞队列。
3. PriorityBlockingQueue ：支持优先级排序的无界阻塞队列。
4. DelayQueue：使用优先级队列实现的无界阻塞队列。
5. SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列。
6. LinkedTransferQueue：由链表结构组成的无界阻塞队列。
7. LinkedBlockingDeque：由链表结构组成的双向阻塞队列
1. ArrayBlockingQueue（公平、非公平）
用数组实现的有界阻塞队列。此队列按照先进先出（FIFO）的原则对元素进行排序。默认情况下不保证访问者公平的访问队列，所谓公平访问队列是指阻塞的所有生产者线程或消费者线程，当队列可用时，可以按照阻塞的先后顺序访问队列，即先阻塞的生产者线程，可以先往队列里插入元素，先阻塞的消费者线程，可以先从队列里获取元素。通常情况下为了保证公平性会降低吞吐量。我们可以使用以下代码创建一个公平的阻塞队列：
ArrayBlockingQueue fairQueue = new ArrayBlockingQueue(1000,true);
2. LinkedBlockingQueue（两个独立锁提高并发）
无界队列，适用于FixedThreadPool与SingleThreadExcutor。
基于链表的阻塞队列，同ArrayListBlockingQueue类似，此队列按照先进先出（FIFO）的原则对0元素进行排序。而 LinkedBlockingQueue 之所以能够高效的处理并发数据，还因为其对于生产者端和消费者端分别采用了独立的锁来控制数据同步，这也意味着在高并发的情况下生产者和消费者可以并行地操作队列中的数据，以此来提高整个队列的并发性能。
LinkedBlockingQueue 会默认一个类似无限大小的容量（Integer.MAX_VALUE）。
该队列的缺点是高负载情境下，无界队列很容易导致 OOM，而 OOM 会导致所有请求都无法处理
3. PriorityBlockingQueue（compareTo 排序实现优先）
是一个支持优先级的无界队列。默认情况下元素采取自然顺序升序排列。可以自定义实现compareTo()方法来指定元素进行排序规则，或者初始化 PriorityBlockingQueue 时，指定构造参数 Comparator 来对元素进行排序。需要注意的是不能保证同优先级元素的顺序。
4. SynchronousQueue（不存储数据、可用于传递数据）
直接提交策略，适用于CachedThreadPool。
是一个不存储元素的阻塞队列。每一个 put 操作必须等待一个 take 操作，否则不能继续添加元素。SynchronousQueue 可以看成是一个传球手，负责把生产者线程处理的数据直接传递给消费者线程。队列本身并不存储任何元素，非常适合于传递性场景,比如在一个线程中使用的数据，传递给另 外 一 个 线 程 使 用 ， SynchronousQueue 的 吞 吐 量 高 于 LinkedBlockingQueue 和ArrayBlockingQueue。
5. DelayQueue（缓存失效、定时任务 ）
是一个支持延时获取元素的无界阻塞队列。队列使用PriorityQueue来实现。队列中的元素必须实现 Delayed 接口，在创建元素时可以指定多久才能从队列中获取当前元素。只有在延迟期满时才能从队列中提取元素。我们可以将 DelayQueue 运用在以下应用场景：
1. 缓存系统的设计：可以用 DelayQueue 保存缓存元素的有效期，使用一个线程循环查询 DelayQueue，一旦能从 DelayQueue 中获取元素时，表示缓存有效期到了。
2. 定时任务调度：使用 DelayQueue 保存当天将会执行的任务和执行时间，一旦从 DelayQueue 中获取到任务就开始执行，从比如 TimerQueue 就是使用 DelayQueue 实现的。
五、四种常见的线程池：
CachedThreadPool:可缓存的线程池，该线程池中没有核心线程，非核心线程的数量为Integer.max_value，就是无限大，当有需要时创建线程来执行任务，没有需要时回收线程，适用于耗时少，任务量大的情况。
SecudleThreadPool:周期性执行任务的线程池，按照某种特定的计划执行线程中的任务，有核心线程，但也有非核心线程，非核心线程的大小也为无限大。适用于执行周期性的任务。
CachedThreadPool 和 SecudleThreadPool 的缺点是允许创建的线程数量为 Integer.MAX_VALUE ，可能会创建大量线程，从而导致 OOM。SingleThreadPool:只有一条线程来执行任务，适用于有顺序的任务的应用场景。
FixedThreadPool:大小固定的线程池，有核心线程，核心线程的即为最大的线程数量，没有非核心线程
SingleThreadPool 和 FixedThreadPool 的缺点是 内部默认的阻塞队列是是 LinkedBlockingQueue这个无界队列，高负载情境下，无界队列很容易导致 OOM，而 OOM 会导致所有请求都无法处理
CachedThreadPool 的参数情况
public static ExecutorService newCachedThreadPool() { return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>()); }
FixedThreadPool 的 参数情况
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()); }
SingleThreadPool 的参数情况
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() { return new FinalizableDelegatedExecutorService (new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>())); }
ScheduledThreadPool
这个线程池可以通过 Executors 工厂来创建，也可以通过自身的构造方法来创建
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) { return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize); } public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) { super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS, // super 就是 ThreadPoolExecutor new DelayedWorkQueue()); }
这几个线程池都可以通过参数指定线程工厂，但是如果不指定的会就是用默认的线程工厂 和 拒绝策略处理器，默认的拒绝策略处理器是 AbortPolicy
Executors创建线程池的【弊端】
FixedThreadPool 、SingleThreadExecutor 中等待队列长度设置为Integer.MAX_VALUE
CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool 允许最大线程数设置为 Integer.MAX_VALUE
这两者都可能造成 OOM的问题六、常用方法比较
6.1、shutdown()VSshutdownNow()
shutdown（）:关闭线程池，线程池的状态变为SHUTDOWN。线程池不再接受新任务了，但是队列里的任务得执行完毕。shutdownNow（）:关闭线程池，线程的状态变为STOP。线程池会终止当前正在运行的任务，并停止处理排队的任务并返回正在等待执行的 List。
6.2、isTerminated() VS isShutdown()
isShutDown当调用shutdown()方法后返回为 true。isTerminated当调用shutdown()方法后，并且所有提交的任务完成后返回为 true
6.1 callable 和 runnable 的区别
callable 可返回值||抛出异常，runnable不行，callable常用于异步计算
6.2 submit 和 execute 区别
execute提交【无返回值】的任务，无法根据返回值判断任务是否成功执行
submit提交【有返回值】的任务，根据返回值判断任务是否成功执行七、线程池的状态
7.1，5种状态
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：
privatefinal 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"。
RUNNING -- 对应的高3位值是111。
SHUTDOWN -- 对应的高3位值是000。
STOP -- 对应的高3位值是001。
TIDYING -- 对应的高3位值是010。
TERMINATED -- 对应的高3位值是011。
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。
