java线程池

一、线程池是什么？

java线程池是一种池化技术，类似的还有http连接池，dubbo链接池。使用线程池管理线程，可以降低线程创建及销毁的资源损耗，更快的拿到线程。线程池的可拓展性使得我们可以自己加入新的功能，比如说定时、延时来执行某些线程。

线程池包括以下四个基本组成部分：

1. 线程池管理器：用于创建并管理线程池，包括创建线程池，销毁线程池，添加新任务；
2. 工作线程：线程池中线程，在没有任务时处于等待状态，可以循环的执行任务；
3. 任务接口：每个任务必须实现的借口，以供工作线程调度任务的执行，它主要规定了任务的入口，任务执行完后的收尾工作，任务的执行状态等；
4. 任务队列：用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。

二、java线程池中的任务

java线程池实现相关类在java.util.concurrent包中，在该包中有如下几种任务接口及实现类.

2.1 Callable和Runnable

Runnable和Callable都为任务接口，里面封装着任务的具体逻辑，用于提交给线程池执行，区别在于Runnable任务执行没有返回值，且Runnable任务逻辑中不能通过throws抛出cheched异常(但是可以try catch)，而Callable可以获取到任务的执行结果返回值且抛出checked异常。

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}
 
@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}

tips：@FunctionalInterface注解标示接口中只有一个函数

2.2 Future和FutureTask
Future接口用来表示执行异步任务的结果存储器，当一个任务的执行时间过长就可以采用这种方式：把任务提交给子线程去处理，主线程不用同步等待，当向线程池提交了一个Callable或Runnable任务时就会返回Future，用Future可以获取任务执行的返回结果。Future的主要方法包括：

get()方法：返回任务的执行结果，若任务还未执行完，则会一直阻塞直到完成为止，如果执行过程中发生异常，则抛出异常，但是主线程是感知不到并且不受影响的，除非调用get()方法进行获取结果则会抛出ExecutionException异常；
get(long timeout, TimeUnit unit)：在指定时间内返回任务的执行结果，超时未返回会抛出TimeoutException，这个时候需要显式的取消任务；
cancel(boolean mayInterruptIfRunning)：取消任务，boolean类型入参表示如果任务正在运行中是否强制中断；
isDone()：判断任务是否执行完毕，执行完毕不代表任务一定成功执行，比如任务执行失但也执行完毕、任务被中断了也执行完毕都会返回true，它仅仅表示一种状态说后面任务不会再执行了；
isCancelled()：判断任务是否被取消.

FutureTask 可取消的异步任务，提供Future的基础实现，并实现了Runnable接口。FutureTask包含了取消与启动计算的方法，查询计算是否完成以及检索计算结果的方法。只有在计算完成才能检索到结果，调用get()方法时如果任务还没有完成将会阻塞调用线程至到任务完成。一旦计算完成就不能重新开始与取消计算，但可以调用runAndReset()重置状态后再重新计算.

2.3 RunnableFuture

是一个任务为Runnable的Future

三、java线程池相关类图

ThreadPoolExecutor实现的顶层接口是Executor，顶层接口Executor提供了一种思想：将任务提交和任务执行进行解耦。用户无需关注如何创建线程，如何调度线程来执行任务，用户只需提供Runnable对象，将任务的运行逻辑提交到执行器(Executor)中，由Executor框架完成线程的调配和任务的执行部分。ExecutorService接口增加了一些能力：（1）扩充执行任务的能力，补充可以为一个或一批异步任务生成Future的方法；（2）提供了管控线程池的方法，比如停止线程池的运行。AbstractExecutorService则是上层的抽象类，将执行任务的流程串联了起来，保证下层的实现只需关注一个执行任务的方法即可。最下层的实现类ThreadPoolExecutor实现最复杂的运行部分，ThreadPoolExecutor将会一方面维护自身的生命周期，另一方面同时管理线程和任务，使两者良好的结合从而执行并行任务。

四、java线程池工作流程&生命周期

ThreadPoolExecutor是如何运行，如何同时维护线程和执行任务的呢？其运行机制如下图所示：

线程池在内部实际上构建了一个生产者消费者模型，将线程和任务两者解耦，并不直接关联，从而良好的缓冲任务，复用线程。线程池的运行主要分成两部分：任务管理、线程管理。任务管理部分充当生产者的角色，当任务提交后，线程池会判断该任务后续的流转：（1）直接申请线程执行该任务；（2）缓冲到队列中等待线程执行；（3）拒绝该任务。线程管理部分是消费者，它们被统一维护在线程池内，根据任务请求进行线程的分配，当线程执行完任务后则会继续获取新的任务去执行，最终当线程获取不到任务的时候，线程就会被回收。

五、java线程池参数 

参考：Java线程池实现原理及其在美团业务中的实践 - 美团技术团队