线程池原理

int corePoolSize：核心线程数量
int maximumPoolSzie：最大线程数量
long keepAliveTime：非核心线程的最大空闲等待时间
boolean allowCoreThreadTimeOut：核心线程也使用最大空闲等待时间；默认 false
BlockingQueue<Runnable> workQueue：任务队列
ThreadFactory threadFactory：线程工厂；所有线程都使用此工厂创建
RejectedExecutionHandler handler：拒绝策略；线程数达到上限，任务队列已满，对新提交的任务采取的策略

阻塞队列

有界：

ArrayBlockingQueue：由数组组成的有界阻塞队列；按插入顺序排序；默认不公平访问。
LinkedBlockingQueue：由链表组成的有界阻塞队列；按插入顺序排序。
SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列；每个插入操作，必须等到另一个线程调用移除操作，否则一直阻塞。

无界：

PriorityQueue：支持优先级排序的无界阻塞队列；不保证同优先级元素排序，可自行重写比较器。
DelayQueue：使用优先级队列实现的无界阻塞队列，可实现任务定时执行；缓存系统设计（保存缓存有效期）
LinkedTransferQueue：由链表组成的无界阻塞队列。
LinkedBlockingDeque：由链表组成的无界双向阻塞队列。

饱和策略

AbortPolicy：直接抛出异常。
CallerRunsPolicy：直接用调用者线程执行任务。
DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最早元素，并尝试插入，失败则不断重试。
DiscardPolicy：不处理，直接丢弃。

状态属性

状态分类

RUNNING：能接受新的任务，并且能处理阻塞队列中的任务。
SHUTDOWN：不再接受新的任务，但是能处理阻塞队列中的任务。
STOP：不再接受新的任务，也不再处理阻塞队列中的任务。
TIDYING：所有任务都已终止。
TERMINATED：默认是什么都不做，只是一个标识。

状态转换

新增任务

处理流程

对于核心线程

并没有真正意义上的核心线程，只是一个数量的概念。
对外而言存在核心线程，底层其实没有实现，所有线程都是同等的。
当前线程获取任务时，工作线程数量 <= 核心线程数量，则它就是核心线程；否则它不是核心线程。

// 线程获取任务
private Runnable getTask() {
    // 当前线程上次获取任务是否超时
    boolean timedOut = false; 

    for (;;) {
        int c = ctl.get();
        int rs = runStateOf(c);

        // 线程池已不再接受新任务，并且不再处理队列中任务或者队列为空
        if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
            // 当前线程可以销毁
            decrementWorkerCount();
            return null;
        }

        // 获取当前工作线程数量
        int wc = workerCountOf(c);

        // 核心线程允许超时销毁 || 当前线程数 > 核心线程数
        boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
        
        // 当前线程是否满足销毁条件：1.工作线程数量 2.核心线程是否可销毁
        // ⭐⭐⭐没有对线程进行特殊判断（是否为核心线程）
        // ⭐⭐⭐对外而言存在核心线程，底层其实所有线程都同等。
        if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
            && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
            if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
                return null;
            continue;
        }

        // 从阻塞队列获取新任务
        try {
            // 是否需要超时获取
            Runnable r = timed ?
                workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
                workQueue.take();
            if (r != null)
                return r;
            timedOut = true;
        } catch (InterruptedException retry) {
            timedOut = false;
        }
    }
}

进阶

合理配置线程池

任务的性质

CPU 密集型任务：需要消耗大量 CPU 资源的任务，解压、解密、计算；大部分线程都需要使用 CPU 资源，线程设置过多，会频繁出现上下文切换，影响性能；CPU + 1。
IO 密集型任务： MySQL、文件读写、网络传输；线程等待 IO 时，不需要 CPU 计算，可以让出 CPU，假如线程设置过少，CPU 资源不能得到充分利用；CPU * 2。
混合型任务：假如两任务执行时间相差不大，将任务拆分成 CPU 密集型、IO 密集型，吞吐量高于直接串行；假如执行时间相差太大，则直接串行。

线程数 = CPU 核心数 * (1 + IO 耗时 / CPU 耗时)

任务的优先级

使用优先级队列处理。

任务的执行时间

可使用优先队列。
平均工作时间（使用 CPU）占比越高，线程数则越少。
平均等待时间（IO 等）占比越高，线程数则越多，充分利用 CPU 资源。

任务的依赖性

是否依赖其他系统资源，如数据库连接；提交 SQL 后需要等待，此时不需要 CPU 计算，应该设置大线程数，充分利用 CPU 资源。

建议使用有界队列

有界队列能增加系统的稳定性和预警能力，可以根据需求设大一些，但是不建议使用无界。

无界队列，可能导致内存被撑满，使得整个系统不可用。

线程池分类

FixThreadPool

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
// 无界
public LinkedBlockingQueue() {
    this(Integer.MAX_VALUE);
}
队列无界：核心线程饱和后，任务添加至队列等待。

“最大线程数”与“非核心线程最大空闲时间” 无效。
任务永远不会被拒绝。
多个任务并行执行。

应用场景：只有核心线程，并且都不会销毁，将一直占用资源；适合数量固定且耗时较长的任务，让线程保持忙碌状态。

SingleThreadExecutor

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
// 无界
public LinkedBlockingQueue() {
    this(Integer.MAX_VALUE);
}
队列无界：唯一核心线程创建后，任务添加至队列等待。

“最大线程数”与“非核心线程最大空闲时间” 无效。
任务永远不会被拒绝。
单个线程，所有任务串行执行。

应用场景：多任务顺序执行。

CachedThreadPool

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue<Runnable>());
}
// 空队列
public SynchronousQueue() {
    this(false);
}
空队列：添加新任务，需要其他空闲线程取走，否则创建非核心线程，60s 最大空闲时间。

任务提交速度 > 线程处理任务速度，会不断创建新线程；可能耗尽内存和 CPU 资源。

应用场景：全是非核心线程，60s 自动销毁，不会占用系统资源；适合任务量大但耗时短的任务。

ScheduledThreadPool

public static ExecutorService newWorkStealingPool(int parallelism) {
    return new ForkJoinPool
        (parallelism,
         ForkJoinPool.defaultForkJoinWorkerThreadFactory,
         null, true);
}

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
          new DelayedWorkQueue());
}

// 实现任务周期性执行
scheduleAtFixedRate
scheduleWithFixedDelay
队列无界：核心线程饱和后，任务添加至队列等待。

任务执行完，修改下次执行时间，重新放入队尾。

应用场景：定时任务，具体固定周期的重复任务。

WorkStealingPool

// 1.8 加入，为 Fork/Join 的扩展
// parallelism 表示并行度
public static ExecutorService newWorkStealingPool(int parallelism) {
    return new ForkJoinPool
        (parallelism,
         ForkJoinPool.defaultForkJoinWorkerThreadFactory,
         null, true);
}
Fork/Join：将“大任务“拆分成多个“小任务”，并分发到多个线程；所有任务执行完，再进行合并。

工作窃取算法：每个线程都对应一个任务队列，互不干扰；线程获取自己队列中任务为 FIFO；任务都完成后，会去其他线程任务队列中获取任务，为了减少冲突，从队尾取 LIFO。
将任务拆分，并行执行，提高效率；但是会消耗更多的系统资源。
不指定 parallelism 则默认为 CPU 核数。

应用场景：适合很耗时的任务。