🌄写在前面

什么是线程池？

线程池是一种基于池化思想的线程管理工具，常常用在多线程服务器上。如果不使用线程管理工具，可能会产生下面的问题：

• 线程过多会带来额外的开销，其中包括创建销毁线程的开销、切换线程上下文的开销等等，降低了计算机的整体性能

而使用线程池维护多个线程，等待监督管理者分配可并发执行的任务。一方面避免了处理任务时创建销毁线程开销的代价，另一方面避免了线程数量膨胀导致的过分调度问题，保证了对内核的充分利用。总的来说使用线程池的好处：

• 降低资源开销：每次任务到达时不需要重新创建和销毁
• 提高可管理性：统一对线程进行调优、监控
• 提高任务响应速度：不需要等待线程创建

线程池解决了什么问题？

线程池解决的核心问题就是资源管理问题。在并发环境下，系统不能够确定在任意时刻中，有多少任务需要执行，有多少资源需要投入。这种不确定性将带来以下若干问题：

1. 频繁申请/销毁资源和调度资源，将带来额外的消耗，可能会非常巨大。
2. 对资源无限申请缺少抑制手段，易引发系统资源耗尽的风险。
3. 系统无法合理管理内部的资源分布，会降低系统的稳定性。

   线程池设计思路

   总体设计

   | 此次分析是以 JDK1.8 的 ThreadPoolExecutor 为准。该类是整个线程池实现的核心，我们先根据右边的 ThreadPoolExecutor 的UML类图，来了解一下它的继承关系。
   - Executor 提供任务执行的功能，这部分专门负责任务的执行，让后续开发者只需关注任务的编写和提交即可
   - ExecutorService 提供拓展了两项功能，一是批量执行任务功能；二是提供了结束线程的能力
   - AbstractExecutorService 是一个抽象类，将上述两个接口的能力进行了整合，保证下层只需要关注一个任务执行方法
   - ThreadPoolExecutor 是最终的实现类，它维护着整个池子的状态，同时管理线程和任务，使两者相互配合共同完成任务的执行
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运行机制

线程池运行机制少不了两个部分：

1. 线程的管理
2. 任务的处理

在总体设计里，我们可以看到 Executor 、 ExecutorService 、 AbstractExecutorService 一直在强化任务的执行；那么线程管理的重任自然就落在了 ThreadPoolExecutor ，所以这部分我将分为两个部分讲：

1. ThreadPoolExecutor 的管理机制
2. AbstractExecutorService 的执行原理

ThreadPoolExecutor 机制概览

FROM 《Java线程池实现原理及其在美团业务中的实践》
ThreadPoolExecutor 的整个机制有点类似生产消费模型，外部充当生产者，内部的线程池充当消费者，每当外部有任务提交进来后，ThreadPoolExecutor 会对其进行任务分配：从池子里取一个线程，让该线程执行任务后，执行完毕后将线程归还给池子。在 ThreadPoolExecutor 运行中，任务的分配方式可以分为三种情况：

1. 如果线程足够，可以直接执行
2. 如果线程不足，则将消息放入任务队列，线程池从队列中获取任务进行执行
3. 如果任务数量超出任务队列，则任务拒绝

线程池运行状态

ThreadPoolExecutor 在内部使用一个32位整型变量来维护 运行状态(RunState) 和 线程数量(ThreadCount) 两个值。具体是保存在下面这个变量上：

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));

通过这个变量初始值可以看出，线程池新建时处于 **RUNNING** 状态且线程数量为 0。这两个状态通过 ctlOf() 静态方法进行 或运算 得出：

private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

它总共有五种状态：

其状态转换图如下所示：

FROM 《Java线程池实现原理及其在美团业务中的实践》
关于线程池状态的具体实现可以看《🧺J.U.C - 线程池实现与设计之实现篇》

任务调度

任务调度是所有任务提交的入口。当用户提交了一个任务后，线程池会根据当前线程池的状态来决定如何执行这个任务，检查状态的依据主要由以下三个方面决定：

• 运行状态
• 运行线程数量
• 运行策略

状态检查流程如下所示：
点击查看【processon】

• 任务提交进来时，首先检查线程池的状态，仅为 RUNNING 才继续向后流转；否则，直接拒绝任务提交
• 当 当前运行线程数 小于 核心数 **CoreSize** 时，会新建一个工作线程用于执行新任务；反之继续向下流转
• 当 阻塞队列未满 时，则将任务提交到阻塞队列中等待；反之继续向下流转
• 当 线程数小于最大线程数 时，则继续新建工作线程用于执行新任务；反之拒绝任务的提交

参考资料

• 《Java线程池实现原理及其在美团业务中的实践》