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今日分享开始啦，请大家多多指教~
今日分享 ThreadPoolExecutor 解析大全，当初很多人在许多公司面试中会被问到线程池。为什么面试官这么热衷于问线程池相干的面试题呢？因为这是多线程的根底，ThreadPoolExecutor 的几个重要参数你要晓得如何设置以及什么场景抉择哪种 Executor、线程池队列的抉择以及相应的回绝策略。
上面是几个大厂对于线程池的面试题：
线程池的应用场景
线程池各个参数的含意，你平时用的什么队列以及回绝策略？
程序中哪些地方用到了线程池，用线程池的益处有哪些？
如何本人实现一个线程池
JDK 提供了哪些线程池的默认实现
阿里巴巴 Java 开发手册为啥不容许默认实现的线程池
线程池里的参数你是怎么得进去的，依据什么算进去的？
说说你自定义线程池里的工作流程
…
这里就不对面试题进行剖析了，只讲外围原理再联合动静调整线程池参数的实际来帮忙你对线程池有个清晰的意识，晓得了原理再联合本人的实际，那面试线程池也是得心应手了。
一、线程池的概念
1.1 线程池是什么
线程池是一种线程应用模式。线程过多会带来额定的开销，其中包含创立销毁线程的开销、调度线程的开销等等，同时也升高了计算机的整体性能。线程池保护多个线程，期待监督管理者调配可并发执行的工作。这种做法，一方面防止了解决工作时创立销毁线程开销的代价，另一方面防止了线程数量收缩导致的过分调度问题，保障了对内核的充分利用。
1.2 应用线程池的益处
升高资源耗费：通过池化技术反复利用已创立的线程，升高线程创立和销毁造成的损耗。
进步响应速度：工作达到时，无需期待线程创立即可立刻执行。
进步线程的可管理性：线程是稀缺资源，如果无限度创立，不仅会耗费系统资源，还会因为线程的不合理散布导致资源调度失衡，升高零碎的稳定性。应用线程池能够进行对立的调配、调优和监控。
提供更多更弱小的性能：线程池具备可拓展性，容许开发人员向其中减少更多的性能。比方延时定时线程池 ScheduledThreadPoolExecutor，就容许工作延期执行或定期执行。
1.3、ThreadPoolExecutor 的外围参数
网上说的天花乱坠的，也不如间接看 Doug Lea 大佬源码的正文来的更加贴切些。
corePoolSize：the number of threads to keep in the pool, even if they are idle, unless {@code allowCoreThreadTimeOut} is set
外围线程数：线程池中保留的线程数，即便它们是闲暇的，除非设置 allowCoreThreadTimeOut。
maximumPoolSize：the maximum number of threads to allow in the pool
最大线程数：线程池中容许的最大线程数
keepAliveTime：when the number of threads is greater than the core, this is the maximum time that excess idle threads will wait for new tasks before terminating.
线程闲暇工夫：如果通过 keepAliveTime 工夫后，超过外围线程数的线程还没有承受到新的工作，那就回收。
unit：the time unit for the {@code keepAliveTime} argument
单位：keepAliveTime 的工夫单位
workQueue：the queue to use for holding tasks before they are executed. This queue will hold only the {@code Runnable} tasks submitted by the {@code execute} method.
寄存待执行工作的队列：当提交的工作数超过外围线程数后，再提交的工作就寄存在这里。它仅仅用来寄存被 execute 办法提交的 Runnable 工作。
threadFactory：the factory to use when the executor creates a new thread
线程工厂：执行程序创立新线程时应用的工厂。比方咱们我的项目中自定义的线程工厂，排查问题的时候，依据线程工厂的名称就晓得这个线程来自哪里，很快地定位出问题，
handler：the handler to use when execution is blocked because the thread bounds and queue capacities are reached
回绝策略：当队列外面放满了工作、最大线程数的线程都在工作时，这时持续提交的工作线程池就解决不了，应该执行怎么样的回绝策略。
二、线程池的实现原理
本文形容线程池是 JDK 8 中提供的 ThreadPoolExecutor 类，那咱们就从 ThreadPoolExecutor 类来看下它的 UML 依赖关系。
2.1 总体设计
蓝色实线：继承关系
绿色虚线：接口实现关系
绿色实现：接口继承关系
ThreadPoolExecutor 实现的顶层接口是 Executor，顶层接口只提供了 void execute(Runnable command); 这么一个办法，Executor 提供的是一种思维：将工作提交和工作执行进行解耦。用户无需关注如何创立线程，如何调度线程来执行工作，用户只需提供 Runnable 对象，将工作的运行逻辑提交到执行器 (Executor) 中，由 Executor 框架实现线程的调配和工作的执行局部。
ExecutorService 接口减少了一些能力：
裁减执行工作的能力，补充能够为一个或一批异步工作生成 Future 的办法；
提供了管控线程池的办法，比方进行线程池的运行。
AbstractExecutorService 则是下层的抽象类，将执行工作的流程串联了起来，保障上层的实现只需关注一个执行工作的办法即可。最上层的实现类 ThreadPoolExecutor 实现最简单的运行局部，ThreadPoolExecutor 将会一方面保护本身的生命周期，另一方面同时治理线程和工作，使两者良好的联合从而执行并行任务。
咱们来看下 ThreadPoolExecutor 的运行流程：
线程池在外部实际上构建了一个生产者消费者模型，将线程和工作两者解耦，并不间接关联，从而良好的缓冲工作，复用线程。线程池的运行次要分成两局部：工作治理、线程治理。
工作治理局部充当生产者的角色，当工作提交后，线程池会判断该工作后续的流转：
间接申请线程执行该工作
缓冲到队列中期待线程执行
回绝该工作
线程治理局部充当消费者的角色，它们被对立保护在线程池内，依据工作申请进行线程的调配，当线程执行完工作后则会持续获取新的工作去执行，最终当线程获取不到工作的时候，线程就会被回收。
上面就从以下三个外围机制来具体解说线程池运行机制：
线程池如何保护本身状态
线程池如何治理工作
线程池如何治理线程
2.2 线程池如何保护本身状态
线程池运行的状态，并不是用户显式设置的，而是随同着线程池的运行，由外部来保护。线程池外部应用一个变量保护两个值：运行状态 (runState) 和线程数量(workerCount)。
ctl 这个 AtomicInteger 类型，是对线程池的运行状态和线程池中无效线程的数量进行管制的一个字段，它同时蕴含两局部的信息：线程池的运行状态 (runState) 和线程池内无效线程的数量 (workerCount)，高 3 位保留 runState，低 29 位保留 workerCount，两个变量之间互不烦扰。用一个变量去存储两个值，可防止在做相干决策时，呈现不统一的状况，不用为了保护两者的统一，而占用锁资源。
通过浏览线程池源代码也能够发现，经常出现要同时判断线程池运行状态和线程数量的状况。线程池也提供了若干办法去供用户取得线程池以后的运行状态、线程个数。这里都应用的是位运算的形式，相比于根本运算，速度也会快很多。
对于外部封装的获取生命周期状态、获取线程池线程数量的计算方法如下代码：
为什么一个整型变量既能够保留运行状态，又能够保留线程数量？
首先，咱们晓得 Java 中 1 个整型占 4 个字节，也就是 32 位，所以 1 个整型有 32 位。
所以整型 1 用二进制示意就是：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
整型 -1 用二进制示意就是：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 (这个是补码，这个忘了的话那得去温习下原码、反码、补码等计算机基础知识了。)
在 ThreadPoolExecutor，整型中 32 位的前 3 位用来示意线程池状态，后 29 位示意线程池中无效的线程数。
CAPACITY = (1 << 29) – 1 失去 0001 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111，带你剖析下 CAPACITY 怎么来的，上面的那些状态大家也能够本人去剖析一下。
咱们先来看 1 << 29，首先看 1 的二进制代表 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001。
而后 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 向左移 29 位，失去 0010 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000。
最初将 0010 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 减 1 失去 0001 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111。
咱们上面再来理解下 ThreadPoolExecutor 所定义的状态，这些状态都和线程的执行密切相关：
RUNNING：能承受新提交的工作，并且也能解决阻塞队列中的工作。
SHUTDOWN：指调用了 shutdown() 办法，不再承受新提交的工作，但却能够持续解决阻塞队列中已保留的工作。
STOP：指调用了 shutdownNow() 办法，不再承受新提交的工作，同时摈弃阻塞队列里的所有工作并中断所有正在执行工作。
TIDYING：所有工作都执行结束，workerCount 无效线程数为 0。
TERMINATED：终止状态，当执行 terminated() 后会更新为这个状态。
2.3 线程池如何治理工作
2.3.1 任务调度
任务调度是线程池的次要入口，当用户提交了一个工作，接下来这个工作将如何执行都是由这个阶段决定的。理解这部分就相当于理解了线程池的外围运行机制。
首先，所有工作的调度都是由 execute 办法实现的，比方咱们业务代码中
threadPool.execute(new Job());。
这部分实现的工作是：查看当初线程池的运行状态、运行线程数、运行策略，决定接下来执行的流程，是间接申请线程执行，或是缓冲到队列中执行，亦或是间接回绝该工作。其执行过程如下：
首先检测线程池运行状态，如果不是 RUNNING，则间接回绝，线程池要保障在 RUNNING 的状态下执行工作。
如果 workerCount < corePoolSize，则创立并启动一个线程来执行新提交的工作。
如果 workerCount >= corePoolSize，且线程池内的阻塞队列未满，则将工作增加到该阻塞队列中。
如果 workerCount >= corePoolSize && workerCount < maximumPoolSize，且线程池内的阻塞队列已满，则创立并启动一个线程来执行新提交的工作。
如果 workerCount >= maximumPoolSize，并且线程池内的阻塞队列已满，则依据回绝策略来解决该工作，默认的解决形式是间接抛异样。
执行流程图如下：
2.3.2 待执行工作的队列
待执行工作的队列是线程池可能治理工作的外围局部。线程池的实质是对工作和线程的治理，而做到这一点最要害的思维就是将工作和线程两者解耦，不让两者间接关联，才能够做后续的调配工作。线程池中是以生产者消费者模式，通过一个阻塞队列来实现的。阻塞队列缓存工作，工作线程从阻塞队列中获取工作。
阻塞队列 (BlockingQueue) 是一个反对两个附加操作的队列。
这两个附加的操作是：
在队列为空时，获取元素的线程会期待队列变为非空。
当队列满时，存储元素的线程会期待队列可用。
阻塞队列罕用于生产者和消费者的场景，生产者是往队列里增加元素的线程，消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者寄存元素的容器，而消费者也只从容器里拿元素。
下图中展现了 Thread1 往阻塞队列中增加元素，而线程 Thread2 从阻塞队列中移除元素：
应用不同的队列能够实现不一样的工作存取策略。咱们上面来看下阻塞队列的成员：
2.3.3 工作申请
从上文可知，工作的执行有两种可能：
一种是工作间接由新创建的线程执行
另一种是线程从工作队列中获取工作而后执行，执行完工作的闲暇线程会再次去从队列中申请工作再去执行。
第一种状况仅呈现在线程初始创立的时候，第二种是线程获取工作绝大多数的状况。
线程须要从待执行工作的队列中一直地取工作执行，帮忙线程从阻塞队列中获取工作，实现线程治理模块和工作治理模块之间的通信。
这部分策略由 getTask 办法实现，咱们来看下 getTask 办法的代码。
getTask 办法在阻塞队列中有待执行的工作时会从队列中弹出一个工作并返回，如果阻塞队列为空，那么就会阻塞期待新的工作提交到队列中直到超时（在一些配置下会始终期待而不超时），如果在超时之前获取到了新的工作，那么就会将这个工作作为返回值返回。所以个别 getTask 办法是不会返回 null 的，只会阻塞期待下一个工作并在之后将这个新工作作为返回值返回。
当 getTask 办法返回 null 时会导致以后 Worker 退出，以后线程被销毁。在以下状况下 getTask 办法才会返回 null：
以后线程池中的线程数超过了最大线程数。这是因为运行时通过调用 setMaximumPoolSize 批改了最大线程数而导致的后果；
线程池处于 STOP 状态。这种状况下所有线程都应该被立刻回收销毁；
线程池处于 SHUTDOWN 状态，且阻塞队列为空。这种状况下曾经不会有新的工作被提交到阻塞队列中了，所以线程应该被销毁；
线程能够被超时回收的状况下期待新工作超时。线程被超时回收个别有以下两种状况：
容许外围线程超时（线程池配置）的状况下线程期待工作超时
超出外围线程数局部的线程期待工作超时
2.3.4 工作回绝
工作回绝模块是线程池的爱护局部，线程池有一个最大的容量，当线程池的工作缓存队列已满，并且线程池中的线程数目达到 maximumPoolSize 时，就须要回绝掉该工作，采取工作回绝策略，爱护线程池。
回绝策略是一个接口，其设计如下：
用户能够通过实现这个接口去定制回绝策略，也能够抉择 JDK 提供的四种已有回绝策略，其特点如下：
2.4 线程池如何治理线程
2.4.1 Worker 线程
线程池为了把握线程的状态并保护线程的生命周期，设计了线程池内的工作线程 Worker。咱们来看一下它的代码：
Worker 这个工作线程，实现了 Runnable 接口，并持有一个线程 thread，一个初始化的工作 firstTask。thread 是在调用构造方法时通过 ThreadFactory 来创立的线程，能够用来执行工作；
firstTask 用它来保留传入的第一个工作，这个工作能够有也能够为 null。如果这个值是非空的，那么线程就会在启动初期立刻执行这个工作，也就对应外围线程创立时的状况；如果这个值是空的，那么就须要创立一个线程去执行工作列表（workQueue）中的工作，也就是非核心线程的创立。
2.4.1.1 AQS 作用
Worker 继承了 AbstractQueuedSynchronizer，次要目标有两个：
将锁的粒度细化到每个 Worker
如果多个 Worker 应用同一个锁，那么一个 Worker Running 持有锁的时候，其余 Worker 就无奈执行，这显然是不合理的。
间接应用 CAS 获取，防止阻塞。
如果这个锁应用阻塞获取，那么在多 Worker 的状况下执行 shutDown。如果这个 Worker 此时正在 Running 无奈获取到锁，那么执行 shutDown() 线程就会阻塞住了，显然是不合理的。
2.4.1.2 Runnable 作用
Worker 还实现了 Runnable，它有两个属性 thead、firstTask。
firstTask 用它来保留传入的第一个工作，这个工作能够有也能够为 null。
如果这个值是非空的，那么线程就会在启动初期立刻执行这个工作，也就对应外围线程创立时的状况。
如果这个值是 null，那么就须要创立一个线程去执行工作列表（workQueue）中的工作，也就是非核心线程的创立。
依据整体流程：
线程池调用 execute —> 创立 Worker（设置属性 thead、firstTask）—> worker.thread.start() —> 实际上调用的是 worker.run() —> 线程池的 runWorker(worker) —> worker.firstTask.run() (如果 firstTask 为 null 就从期待队列中拉取一个)。
Worker 执行工作的模型如下图所示：
2.4.2 Worker 线程减少
减少线程是通过线程池中的 addWorker 办法，该办法的性能就是减少一个线程，该办法不思考线程池是在哪个阶段减少的该线程，这个调配线程的策略是在上个步骤实现的，该步骤仅仅实现减少线程，并使它运行，最初返回是否胜利这个后果。
addWorker 办法有两个参数：firstTask、core。
firstTask 参数用于指定新增的线程执行的第一个工作，该参数能够为空；
core 参数为 true 示意在新增线程时会判断以后流动线程数是否少于 corePoolSize，false 示意新增线程前须要判断以后流动线程数是否少于 maximumPoolSize。
咱们来看一下 addWorker 的源码：
源码看着是不是挺吃力的？没关系，再看一张执行流程图加深下印象。
2.4.3 Worker 线程执行工作
Worker 中的线程 start 的时候，调用 Worker 自身 run 办法，这个 run 办法调用外部类 ThreadPoolExecutor 的 runWorker 办法，间接看 runWorker 办法的源码：
执行流程如下：
while 循环不断地通过 getTask() 办法获取工作
getTask() 办法从阻塞队列中取工作
如果线程池正在进行，那么要保障以后线程是中断状态，否则要保障以后线程不是中断状态。
执行工作
如果 getTask 后果为 null 则跳出循环，执行 processWorkerExit() 办法，销毁线程。
2.4.4 Worker 线程回收
线程池中线程的销毁依赖 JVM 主动的回收，线程池做的工作是依据以后线程池的状态保护肯定数量的线程援用，避免这部分线程被 JVM 回收，当线程池决定哪些线程须要回收时，只须要将其援用打消即可。Worker 被创立进去后，就会一直地进行轮询，而后获取工作去执行，外围线程能够有限期待获取工作，非核心线程要限时获取工作。
当 Worker 无奈获取到工作，也就是获取的工作为空时，循环会完结，Worker 会被动打消本身在线程池内的援用。
线程回收的工作是在 processWorkerExit 办法实现的。
在回收 Worker 的时候线程池会尝试完结本人的运行，tryTerminate 办法：
2.4.4 Worker 线程敞开
说到线程敞开，咱们就不得不来说说 shutdown 办法和 shutdownNow 办法。
2.4.4.1 shutdown
interruptIdleWorkers 办法，留神，这个办法打断的是闲置 Worker，打断闲置 Worker 之后，getTask 办法会返回 null，而后 Worker 会被回收。那什么是闲置 Worker 呢？
闲置 Worker 是这样解释的：Worker 运行的时候会去阻塞队列拿数据(getTask 办法)，拿的时候如果没有设置超时工夫，那么会始终阻塞期待阻塞队列进数据，这样的 Worker 就被称为闲置 Worker。因为 Worker 也是一个 AQS，在 runWorker 办法里会有一对 lock 和 unlock 操作，这对 lock 操作是为了确保 Worker 不是一个闲置 Worker。
所以 Worker 被设计成一个 AQS 是为了依据 Worker 的锁来判断是否是闲置线程，是否能够被强制中断。
上面咱们看下 interruptIdleWorkers 办法：
2.4.4.2 shutdownNow
shutdown 办法将线程池状态改成 SHUTDOWN，线程池还能持续解决阻塞队列里的工作，并且会回收一些闲置的 Worker。然而 shutdownNow 办法不一样，它会把线程池状态改成 STOP 状态，这样不会解决阻塞队列里的工作，也不会解决新的工作。
shutdownNow 的中断和 shutdown 办法不一样，调用的是 interruptWorkers 办法：
2.4.4.3 Worker 线程敞开小结
shutdown 办法会更新状态到 SHUTDOWN，不会影响阻塞队列里工作的执行，然而不会执行新进来的工作。同时也会回收闲置的 Worker，闲置 Worker 的定义下面曾经说过了。
shutdownNow 办法会更新状态到 STOP，会影响阻塞队列的工作执行，也不会执行新进来的工作。同时会回收所有的 Worker。
小结
很多人平时也没有用到线程池，用的都是定义类继承 Thread 类 或者 定义类实现 Runnable 接口来实现多线程的。但如果你是面试的 Java 中高级开发，那你千万不要这样说，这会让面试官一下感觉你不值中高级。如果你面的中高级还不晓得线程池的话也没关系，当初理解还不算晚；如果你是曾经用过线程池相干的，那也会让你对线程池的原理更加分明，在我的项目中利用也会得心应手。
今日份分享已完结，请大家多多包涵和指导！
