1、概述

從本文開始，我將用兩篇文章的篇幅，為各位讀者呈現java中原生的線程池技術。第一篇文章，我將講解JAVA原生線程池的基本使用，并由此延伸出JAVA中和線程管理相關的類結構體系，然后我們詳細描述JAVA原生線程池的結構和工作方式；第二篇文章，我們將繼續深入，講解JAVA原生線程池的高級特性，包括Thread工廠、隊列、拒絕原則、鉤子和相關工具類。

如果您是JAVA語言的初學者，請從本篇文章看起；如果您對線程池技術已有一定的了解，那么可以只看下一篇文章；如果您是高手，請繞行；如果您對我的觀點有任何意見和建議，請留言，謝謝。^-^

2、為什么要使用線程池

前文我們已經講到，線程是一個操作系統概念。操作系統負責這個線程的創建、掛起、運行、阻塞和終結操作。而操作系統創建線程、切換線程狀態、終結線程都要進行CPU調度——這是一個耗費時間和系統資源的事情（《操作系統知識回顧—進程線程模型》）

另一方面，目前大多數生產環境我們所面臨問題的技術背景一般是：處理某一次請求的時間是非常短暫的，但是請求數量是巨大的。這種技術背景下，如果我們為每一個請求都單獨創建一個線程，那么物理機的所有資源基本上都被操作系統創建線程、切換線程狀態、銷毀線程這些操作所占用，用于業務請求處理的資源反而減少了。所以最理想的處理方式是，將處理請求的線程數量控制在一個范圍，既保證后續的請求不會等待太長時間，又保證物理機將足夠的資源用于請求處理本身。

另外，一些操作系統是有最大線程數量限制的。當運行的線程數量逼近這個值的時候，操作系統會變得不穩定。這也是我們要限制線程數量的原因。

3、線程池的基本使用方式

JAVA語言為我們提供了兩種基礎線程池的選擇：ScheduledThreadPoolExecutor和ThreadPoolExecutor。它們都實現了ExecutorService接口（注意，ExecutorService接口本身和“線程池”并沒有直接關系，它的定義更接近“執行器”，而“使用線程管理的方式進行實現”只是其中的一種實現方式）。這篇文章中，我們主要圍繞ThreadPoolExecutor類進行講解。

3-1、簡單使用

首先我們來看看ThreadPoolExecutor類的最簡單使用方式：

隨后的文章中我們將對線程池中的corePoolSize、maximumPoolSize、keepAliveTime、timeUnit、workQueue、threadFactory、handler參數和一些常用/不常用的設置項進行逐一講解。

3-2、ThreadPoolExecutor邏輯結構和工作方式

在上面的代碼中，我們創建線程池的時候使用了ThreadPoolExecutor中最簡單的一個構造函數：

構造函數中需要傳入的參數包括corePoolSize、maximumPoolSize、keepAliveTime、timeUnit和workQueue。要明確理解這些參數（和后續將要介紹的參數）的含義，就首先要搞清楚ThreadPoolExecutor線程池的邏輯結構。

一定要注意一個概念，即存在于線程池中容器的一定是Thread對象，而不是您要求運行的任務（所以叫線程池而不叫任務池也不叫對象池，更不叫游泳池）；您要求運行的任務將被線程池分配給某一個空閑的Thread運行。

從上圖中，我們可以看到構成線程池的幾個重要元素：

等待隊列：顧名思義，就是您調用線程池對象的submit()方法或者execute()方法，要求線程池運行的任務（這些任務必須實現Runnable接口或者Callable接口）。但是出于某些原因線程池并沒有馬上運行這些任務，而是送入一個隊列等待執行（這些原因后文馬上講解）。

核心線程：線程池主要用于執行任務的是“核心線程”，“核心線程”的數量是您創建線程時所設置的corePoolSize參數決定的。如果不進行特別的設定，線程池中始終會保持corePoolSize數量的線程數（不包括創建階段）。

非核心線程：一旦任務數量過多（由等待隊列的特性決定），線程池將創建“非核心線程”臨時幫助運行任務。您設置的大于corePoolSize參數小于maximumPoolSize參數的部分，就是線程池可以臨時創建的“非核心線程”的最大數量。這種情況下如果某個線程沒有運行任何任務，在等待keepAliveTime時間后，這個線程將會被銷毀，直到線程池的線程數量重新達到corePoolSize。

要重點理解上一條描述中黑體字部分的內容。也就是說，并不是所謂的“非核心線程”才會被回收；而是誰的空閑時間達到keepAliveTime這個閥值，就會被回收。直到線程池中線程數量等于corePoolSize為止。

maximumPoolSize參數也是當前線程池允許創建的最大線程數量。那么如果您設置的corePoolSize參數和您設置的maximumPoolSize參數一致時，線程池在任何情況下都不會回收空閑線程。keepAliveTime和timeUnit也就失去了意義。

keepAliveTime參數和timeUnit參數也是配合使用的。keepAliveTime參數指明等待時間的量化值，timeUnit指明量化值單位。例如keepAliveTime=1，timeUnit為TimeUnit.MINUTES，代表空閑線程的回收閥值為1分鐘。

說完了線程池的邏輯結構，下面我們討論一下線程池是怎樣處理某一個運行任務的。下圖描述了一個完整的任務處理過程：

1、首先您可以通過線程池提供的submit()方法或者execute()方法，要求線程池執行某個任務。線程池收到這個要求執行的任務后，會有幾種處理情況：

1.1、如果當前線程池中運行的線程數量還沒有達到corePoolSize大小時，線程池會創建一個新的線程運行您的任務，無論之前已經創建的線程是否處于空閑狀態。

1.2、如果當前線程池中運行的線程數量已經達到設置的corePoolSize大小，線程池會把您的這個任務加入到等待隊列中。直到某一個的線程空閑了，線程池會根據您設置的等待隊列規則，從隊列中取出一個新的任務執行。

1.3、如果根據隊列規則，這個任務無法加入等待隊列。這時線程池就會創建一個“非核心線程”直接運行這個任務。注意，如果這種情況下任務執行成功，那么當前線程池中的線程數量一定大于corePoolSize。

1.4、如果這個任務，無法被“核心線程”直接執行，又無法加入等待隊列，又無法創建“非核心線程”直接執行，且您沒有為線程池設置RejectedExecutionHandler。這時線程池會拋出RejectedExecutionException異常，即線程池拒絕接受這個任務。（實際上拋出RejectedExecutionException異常的操作，是ThreadPoolExecutor線程池中一個默認的RejectedExecutionHandler實現：AbortPolicy，這在后文會提到）

2、一旦線程池中某個線程完成了任務的執行，它就會試圖到任務等待隊列中拿去下一個等待任務（所有的等待任務都實現了BlockingQueue接口，按照接口字面上的理解，這是一個可阻塞的隊列接口），它會調用等待隊列的poll()方法，并停留在哪里。

3、當線程池中的線程超過您設置的corePoolSize參數，說明當前線程池中有所謂的“非核心線程”。那么當某個線程處理完任務后，如果等待keepAliveTime時間后仍然沒有新的任務分配給它，那么這個線程將會被回收。線程池回收線程時，對所謂的“核心線程”和“非核心線程”是一視同仁的，直到線程池中線程的數量等于您設置的corePoolSize參數時，回收過程才會停止。

3-3、不常用的設置

在ThreadPoolExecutor線程池中，有一些不常用的設置。我建議如果您在應用場景中沒有特殊的要求，就不需要使用這些設置：

3-3-1、 allowCoreThreadTimeOut：

前文我們討論到，線程池回收線程只會發生在當前線程池中線程數量大于corePoolSize參數的時候；當線程池中線程數量小于等于corePoolSize參數的時候，回收過程就會停止。

allowCoreThreadTimeOut設置項可以要求線程池：將包括“核心線程”在內的，沒有任務分配的任何線程，在等待keepAliveTime時間后全部進行回收：

以下是設置前的效果：

以下是設置后的效果：

3-3-2 prestartAllCoreThreads

前文我們還討論到，當線程池中的線程還沒有達到您設置的corePoolSize參數值的時候，如果有新的任務到來，線程池將創建新的線程運行這個任務，無論之前已經創建的線程是否處于空閑狀態。這個描述可以用下面的示意圖表示出來：

prestartAllCoreThreads設置項，可以在線程池創建，但還沒有接收到任何任務的情況下，先行創建符合corePoolSize參數值的線程數：

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（后文預告：線程基礎：線程池（6）——高級特性（下））