前言
前面我們在講併發工具類的時候，多次提到線程池，今天我們就來走進線程池的旅地，首先我們先不講線程池框架Executors，我們今天先來介紹如何自己定義一個線程池，是不是已經迫不及待了，那麼就讓我們開啓今天的旅途吧。
什麼是線程池？
線程池可以理解爲一個專門管理線程生命週期的池子，裏面的線程都可以由這個池子本身來調度，使用線程池有哪些好處呢？
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降低資源消耗：通過重複利用已創建的線程降低線程創建和銷燬造成的消耗
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提高響應速度：當任務到達時，任務可以不需要的等到線程創建就能立即執行
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提高線程的可管理性：使用線程池可以對線程進行統一的分配，調優和監控
線程池的實現原理
首先我們看下面這張圖，對着圖進行分析：
過程分析：當任務到達時，首先會判斷核心線程池是否還有空閒線程，如果有則創建一個新的工作線程執行任務，如果沒有空閒線程，則說明核心線程池已滿，進行工作隊列是否滿的判斷，如果沒有滿，則將任務存放在等待隊列中，如果工作隊列也滿了，則再去判斷線程池是否滿，如果沒有滿，則新建一個線程來執行任務，否則採取拒絕策略；
下面我們來對核心線程池提交任務過程進行分析，這是線程池的核心角色，首先我們看下源碼：
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
int c = ctl.get();
// 如果工作線程數量小於核心線程數，則創建一個新的工作線程執行任務
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
// 創建工作線程成功，則直接返回
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
// 工作線程>核心線程數或者工作線程創建失敗時，將任務放入等待隊列中
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
// 如果等待隊列滿了，並且工作線程數量大於線程池總數量，則採取拒絕策略
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}
我們會發現，當可以分配線程來執行任務時，我們總是新建一個工作線程Worker來執行任務，我們來了解下Worker特殊的地方，工作線程不僅會執行當前的任務，而且當前任務執行完畢之後，還會去等待隊列中獲取任務來執行，通過工作線程的源碼可以得知這一點：
final void runWorker(Worker w) {
Thread wt = Thread.currentThread();
Runnable task = w.firstTask;
w.firstTask = null;
w.unlock(); // allow interrupts
boolean completedAbruptly = true;
try {
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
w.lock();
if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
(Thread.interrupted() &&
runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
!wt.isInterrupted())
wt.interrupt();
try {
beforeExecute(wt, task);
Throwable thrown = null;
try {
task.run();
} catch (RuntimeException x) {
thrown = x; throw x;
} catch (Error x) {
thrown = x; throw x;
} catch (Throwable x) {
thrown = x; throw new Error(x);
} finally {
afterExecute(task, thrown);
}
} finally {
task = null;
w.completedTasks++;
w.unlock();
}
}
completedAbruptly = false;
} finally {
processWorkerExit(w, completedAbruptly);
}
}
上面我們講到的工作隊列，我們之前學到過隊列有很多種，例如阻塞隊列和非阻塞隊列，有界隊列和無界隊列，那麼在我們線程池中當使用不同的工作工作隊列又會有什麼區別呢？
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使用有界隊列時：有新的任務需要執行時，如果線程池實際線程數小於corePoolSize，則優先創建線程，如果大於corePoolSize，則會將任務先加入到隊列，等待執行，如果隊列也滿了，則在總線程數不大於maximumPoolSize時，先創建新的線程，如果線程數大於了maximumPoolSize則執行拒絕策略，或者其他自己自定義的處理策略；
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使用無界隊列時：LinkedBlockingQueue，與有界隊列相比，除非系統資源被耗盡，否則無界隊列的任務隊列不存在任務入隊列失敗的情況，當有新任務到來，系統的線程數小於corePoolSize時，則新建線程執行任務，當線程數量達到corePoolSize值後，則線程不會繼續新建，如果此時還持續有任務進來，而沒有空閒的線程資源，則任務會進入隊列排隊等待，若任務創建和處理的速度差異很大，則無界隊列會保持快速增長，直到資源耗盡內存，任務會一直堆積，直到內存滿了，這種情況永遠不會有有界隊列中工作線程和線程池總數的比較過程；
創建線程池：自定義線程池也是通過ThreadPoolExecutor（線程池執行器）來實現，構造方法如下
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, //核心線程數--線程池初始化創建的線程數量
int maximumPoolSize, // 最大線程數，線程池中能創建的最大線程數
long keepAliveTime, // 線程空閒等待時間
TimeUnit unit, // 線程空閒等待時間的單位
BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 存放待執行任務的等待隊列
RejectedExecutionHandler handler // 拒絕任務的處理策略) {
this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
Executors.defaultThreadFactory(), handler);
}
特別說明，拒絕策略有如下幾種：
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AbortPolicy策略：該策略直接拋出異常，阻止系統工作
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CallerRunsPolicy策略：只要線程池未關閉，該策略直接在調用者線程中運行當前被丟棄的任務。顯然這樣不會真的丟棄任務，但是，調用者線程性能可能急劇下降
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DiscardOledestPolicy策略：丟棄最老的一個請求任務，也就是丟棄一個即將被執行的任務，並嘗試再次提交當前任務
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DiscardPolicy策略：不處理，直接丟棄掉
向線程池提交任務：execute方法在上面已經介紹過了，這裏就不重複介紹了
關閉線程池：關閉線程池有下面2個方法
// 將線程池的狀態設置成SHUTDOWN狀態，然後中斷所有沒有正在執行任務的線程
public void shutdown() {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
checkShutdownAccess();
advanceRunState(SHUTDOWN);
// 調用線程中斷方法
interruptIdleWorkers();
onShutdown(); // hook for ScheduledThreadPoolExecutor
} finally {
mainLock.unlock();
}
tryTerminate();
}
// 遍歷線程池中的工作線程，然後逐個調用線程的interrupt方法來中斷線程，所以無法響應中斷的任務可能永遠無法終止。
// shutdownNow會首先將線程池的狀態設置成STOP，然後嘗試停止所有的正在執行或暫停任務的線程，
// 並返回等待執行任務的列表，如果任務不一定要執行完，可以使用此方法
public List<Runnable> shutdownNow() {
List<Runnable> tasks;
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
checkShutdownAccess();
advanceRunState(STOP);
interruptWorkers();
tasks = drainQueue();
} finally {
mainLock.unlock();
}
tryTerminate();
return tasks;
}