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一、什么是线程池？

1.线程池介绍

线程池，thread pool，是一种线程使用模式，线程池维护着多个线程，等待着监督管理者分配可并发执行的任务。

2.线程池使用场景

线程池解决的核心问题就是资源管理问题。
场景1：快速响应用户请求 将调用封装成任务并行的执行; 不设置队列，调高corePoolSize和maxPoolSize去尽可能创造多的线程快速执行任务;
场景2：快速处理批量任务 任务量大，不需要瞬时完成，而是关注如何使用有限的资源； 设置队列去缓冲并发任务，合适的corePoolSize;
场景3：异步调用

3.线程池的好处

1. 复用线程，避免反复创建和销毁线程带来的开销问题，减少JVM回收垃圾的压力
2. 加快响应速度
3. 合理利用CPU和内存
4. 统一管理线程

二、线程池运行流程

1.构造函数的7个核心参数

参数名	类型	含义
corePoolSize	int	核心线程数
maxPoolSize	int	最大线程数
keepAliveTime	long	保持存活时间
unit	TimeUnit	存活时间的单位
workQueue	BlockingQueue	任务存储队列
threadFactory	ThreadFactory	当线程池需要新的线程的时候,会使用threadFactory来生成新的线程
Handler	RejectedExecutionHandler	由于线程池无法接受你所提交的任务的拒绝策略

corePoolSize：指的是核心线程数，线程池在完成初始化后，默认情况下，线程池中并没有任何线程，线程池会等待有任务到来时，再创建新线程去执行任务

maxPoolSize：线程池有可能会在核心线程数的基础上，额外增加一些线程，但是这些新增加的线程数有一个上限

keepAliveTime：如果线程池当前的线程数多于 corePoolSize，那么如果多余的线程空闲时间超过 keepAliveTime，它们就会被终止

workQueue：工作队列 有3种最常见的队列类型∶

• 直接交接：SynchronousQueue，需要将 maximumPoolSize 设置的大一些，因为这种队列本身不会进行任务缓存。
• 无界队列：LinkedBlockingQueue，无需设置 maximumPoolSize，因为这种队列是一种无界队列，永远不会满，如果处理任务速度跟不上添加队列的速度，会导致队列中任务挤压严重。
• 有界的队列：ArrayBlockingQueue，按需设置即可，maximumPoolSize 大于 corePoolSize。

ThreadFactory：用来创建线程新的线程是由 ThreadFactory 创建的，默认使用 Executors.defaultThreadFactory()，创建出来的线程都在同一个线程组，拥有同样的 NORM_PRIORITY 优先级并且都不是守护线程。如果自己指定ThreadFactory，那么就可以改变线程名、线程组、优先级、是否是守护线程等。通常我们用默认的ThreadFactory就可以了

2.线程池工作流程

当调用execute方法添加任务时，线程池会判断当前运行线程是否小于corepoolsize,如果小于创建线程执行；
如果不小于则将当前任务添加到队列中；
如果队列满了线程数小于maximumpoolsize,创建非核心线程执行任务；
如果队列满了非核心线程满了启动拒绝策略；
一个线程完成任务时,它会从队列中取下一个任务来执行。
线程空闲超过keepalivetime并且非核心线程会被回收。

• 是否需要增加线程的判断顺序是:
  1.corePoolSize
  2.workQueue
  3.maxPoolSize

3.线程池创建方式

线程池应该手动创建还是自动创建？
手动创建更好，因为这样可以让我们更加明确线程池的运行规则，避免资源耗尽的风险。

先来看看自动创建线程池， JDK为我们封装好了四种线程池使用方式：CachedThreadPool, FixedThreadPool, ScheduledThreadPool, SingleThreadExecutor。

• FixedThreadPool
  固定线程数量的线程池；由于传进去的 LinkedBlockingQueue 是没有容量上限的，所以当请求数越来越多，并且无法及时处理完毕的时候，也就是请求堆积的时候，会容易造成占用大量的内存，可能会导致OOM。

• SingleThreadExecutor
  单线程的线程池：它只会用唯一的工作线程来执行任务。
  它的原理和 FixedThreadPool 是一样的，但是此时的线程数量被设置为了1。同样会产生OOM。

• CachedThreadPool
  可缓存线程池
  特点：无界线程池，具有自动回收多余线程的功能
  缺点：这里的弊端在于第二个参数 maximumPoolSize 被设置成 Integer.MAX_VALUE，这可能会创建数量非常多的线程，甚至导致OOM。

• ScheduledThreadPool
  支持定时及周期性任务执行的线程池

正确的创建线程池的方法

• 根据不同的业务场景，自己设置线程池参数，比如我们的内存有多大。
• 线程池里的线程数量设定为多少比较合适?
  CPU密集型(加密、计算hash等)：最佳线程数为CPU核心数的1-2 倍左右。
  耗时IO型（读写数据库、文件、网络读写等)：最佳线程数一般会大于 cpu 核心数很多倍，以JVM线程监控显示繁忙情况为依据，保证线程空闲可以衔接上，推荐的计算方法：线程数=CPU核心数(1+平均等待时间/平均工作时间)

4.线程池状态转换

线程可以有如下5种状态：New 、Runnable 、Running 、Blocked 、Dead。
线程池的5种状态：Running、ShutDown、Stop、Tidying、Terminated。

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0)); //线程池中的任务数

• Running
  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。
  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，并且线程池中的任务数为0！
• ShutDown
  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。
  状态切换：调用线程池的shutdown()接口时，线程池由RUNNING -> SHUTDOWN。
• Stop
  
  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。
  状态切换：调用线程池的shutdownNow()接口时，线程池由(RUNNING or SHUTDOWN ) -> STOP。
• Tidying
  
  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。
  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。
• Terminated
  
  状态说明：线程池彻底终止，就变成TERMINATED状态。
  状态切换：线程池处在TIDYING状态时，执行完terminated()之后，就会由 TIDYING -> TERMINATED。

5.线程池阻塞队列

• FixedThreadPool 和SingleThreadExecutor 的 Queue 是LinkedBlockingQueue，基于链表 无界。
• CachedThreadPool 使用的 Queue 是 SynchronousQueue，只有一个元素 同步。
• ScheduledThreadPool来说，它使用的是延迟队列 DelayedWorkQueue。
• workStealingPool 是JDK1.8加入的
  这个线程池和之前的都有很大不同。 子任务：当前线程中嵌套其他任务。 窃取：如果有线程处于空闲状态，会从其他线程的子任务中窃取线程来执行，但是不保证执行的顺序
• ArrayBlockingQueue： 基于数组 有界。

线程池为什么使用阻塞队列？

队列满阻塞避免资源浪费

• 阻塞队列原理
  ArrayBlockingQueue原理： get,put操作加锁； 执行完成notiyAll。
  put: 先获取可中断锁，判断数组长度与当前元素个数，如果相等notFull.await等待，insert(e)插入元素(插入完成notEmpty.signal唤醒正在等待的线程)，解锁。
  take: 同put类似

6.线程池拒绝策略

拒绝时机

1）当 Executor 关闭时，提交新任务会被拒绝。 2）当 Executor 对最大线程和工作队列容量使用有限边界并且已经饱和时。

4种拒绝策略

AbortPolicy：直接抛出异常。 DiscardPolicy：丢弃一些队列中的任务。 DiscardOldestPolicy：丢弃最老未执行的任务。 CallerRunsPolicy：反馈到提交任务线程，由提交任务线程去执行。

7.线程池钩子方法

java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor#beforeExecute
java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor#afterExecute
java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor#terminated

三、线程池监控

线程池使用不当也会使服务器资源枯竭，导致异常情况的发生，比如固定线程池的阻塞队列任务数量过多、缓存线程池创建的线程过多导致内存溢出、系统假死等问题。因此，我们需要一种简单的监控方案来监控线程池的使用情况，比如完成任务数量、未完成任务数量、线程大小等信息。

线程池监控参数

线程池提供了以下几个方法可以监控线程池的使用情况：

方法	含义
getActiveCount()	线程池中正在执行任务的线程数量
getCompletedTaskCount()	线程池已完成的任务数量，该值小于等于taskCount
getCorePoolSize()	线程池的核心线程数量
getLargestPoolSize()	线程池曾经创建过的最大线程数量。通过这个数据可以知道线程池是否满过，也就是达到了maximumPoolSize
getMaximumPoolSize()	线程池的最大线程数量
getPoolSize()	线程池当前的线程数量
getTaskCount()	线程池已经执行的和未执行的任务总数

通过这些方法，可以对线程池进行监控，在 ThreadPoolExecutor 类中提供了几个空方法，如 beforeExecute 方法， afterExecute 方法和 terminated 方法，可以扩展这些方法在执行前或执行后增加一些新的操作，例如统计线程池的执行任务的时间等，可以继承自 ThreadPoolExecutor 来进行扩展。

方法	操作
shutdown()	线程池延迟关闭时（等待线程池里的任务都执行完毕），统计已执行任务、正在执行任务、未执行任务数量
shutdownNow()	线程池立即关闭时，统计已执行任务、正在执行任务、未执行任务数量
beforeExecute(Thread t, Runnable r)	任务执行之前，记录任务开始时间，startTimes这个HashMap以任务的hashCode为key，开始时间为值
afterExecute(Runnable r, Throwable t)	任务执行之后，计算任务结束时间。统计任务耗时、初始线程数、核心线程数、正在执行的任务数量、已完成任务数量、任务总数、队列里缓存的任务数量、池中存在的最大线程数、最大允许的线程数、线程空闲时间、线程池是否关闭、线程池是否终止信息

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