任务是一组逻辑工作单元，而线程则是使任务异步执行的机制。在Java中，Runnable对象代表一个任务，Thread对象负责创建一个线程执行这个任务。
前提：1. 程序需要处理大量任务
2. 任务的执行时间相对创建线程和销毁的时间较短
方法1:
while (ture) {
Socket connection = socket.accept();
handleTask(connection); //单线程处理所用任务
方法2:
while (true) {
final Socket connection = socket.accept();
new Thread(() -> {handleTask(connection);}).start(); 每个任务一个线程处理
}
两种方法的缺点：1. 串行执行的问题在于响应慢，在多核处理器上吞吐量小。
2. 无限创建线程导致资源消耗大，可创建线程数有限制，恶意提交任务会导致程序负载过高。
Java的第3种解决方案是线程池，它是兼顾资源和并发的处理方案。
线程池的关键是任务的执行策略。
执行策略定义了：
~ 任务在哪个线程上运行
~ 任务按照什么顺序执行(FIFO, LIFO, 优先级）
~ 有多少个任务可以并发执行
~ 队列中有多少个任务等待执行
~ 系统由于过载而需要拒绝一个任务时，选择哪个任务，如何通过程序有任务被拒绝
~ 任务执行前后，应该进行哪些动作。
线程池通过将任务的提交和执行分离，可以根据硬件资源选择最佳的执行策略。
线程池的优势：1. 可以实现重现线程，减少了创建和销毁线程的开销。
2. 某些情况下，任务到达时，如果有空闲线程，可以立即执行任务，而不需要等待创建新线程，提高响应速度。
3. 线程池的大小可以调节，以便处理器保持忙碌状态，提高效率。
在java.util.concurrent包中，ThreadPoolExecutor是一个线程池实现。
图中的三个接口：
Executor：一个运行新任务的简单接口；
public interface Executor { /** * 在未来的某个时间执行任务command. 这个任务可能在一个新的线程中执行 ， * 或者在线程池中的线程执行，或者一个正在运行的线程中执行。具体取决于Executor * 的实现 * @param 需要执行的任务 * @throws RejectedExecutionException if this task cannot be * accepted for execution * @throws NullPointerException if command is null */ void execute(Runnable command); }
ExecutorService：扩展Executor接口
public interface ExecutorService extends Executor { void shutdown(); // 停止接受任务。 List<Runnable> shutdownNow(); // 尝试停止所有活动的任务 boolean isShutdown(); boolean isTerminated(); boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException; <T> Future<T> submit(Callable<T> task); <T> Future<T> submit(Runnable task, T result); Future<?> submit(Runnable task);
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
throws InterruptedException; <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException; <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException; }
ScheduledExecutorService：扩展了ExecutorService。支持Future和定期执行任务。
ThreadPoolExceutor：继承AbstractExecutorService（JDK9）
1. 关键field
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0)); // 储存运行状态和线程数 private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3; // Integer.SIZE = 32 COUNT_BITS = 29 private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1; // 0x0000 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 // 运行状态储存在高位中
private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS; // 0x1110 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS; // 0x0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS; // 0x0010 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS; // 0x0100 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS; // 0x0110 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
private static int runStateOf(int c) { return c & ~CAPACITY; } // 获取运行状态
private static int workerCountOf(int c) { return c & CAPACITY; } // 获取线程数
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; } // 获取运行状态和线程数
线程池的五种状态：
RUNNING: 运行状态，接受新提交的任务，并且可以处理队列中的任务。
SHUTDOWN: 关闭状态，不再接受新提交的任务，可以处理队列中的任务。在线程池处于
RUNNING状态时，调用shutdown()方法会使线程池进入到此状态。
STOP：停止状态，不再接受新提交的任务，也不处理队列中的任务，并且中断运行中的任务。
在RUNNING或SHUTDOWN状态时，调用shutdownNow()方法使线程池进入到该状态。
TIDYING： 所有任务都己终止，workerCount为0, 转换到TIDYING状态的线程池将运行terminate()方法。
TERMINATE: 终止状态，terminated()方法调用后进入此状态。
private final BlockingQueue<Runnable> workQueue; private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<>(); private volatile ThreadFactory threadFactory;
workQueue用于保存任务
workers用于保存线程
threadFactory用于生产线程。
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler
) { if (corePoolSize < 0 || maximumPoolSize <= 0 || maximumPoolSize < corePoolSize || keepAliveTime < 0) throw new IllegalArgumentException(); if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null) throw new NullPointerException(); this.acc = System.getSecurityManager() == null ? null : AccessController.getContext(); this.corePoolSize = corePoolSize; this.maximumPoolSize = maximumPoolSize; this.workQueue = workQueue; this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime); this.threadFactory = threadFactory; this.handler = handler; }
corePoolSize: 线程池核心线程数量，作用：
* 当新任务在execute()提交时，根据corePoolSize去判断任务如何执行：
-> 如果线程池中线程小于corePoolSize，创建新的线程处理此任务，即使线程池中有空闲线程
-> 如果线程池中线程数大于等于corePoolSize且workQueue未满时，任务添加到workQueue中。
-> 如果线程池中线程数大于等于corePoolSize且workQueue己满时，创建新线程处理任务。
maximumPoolSize：最大线程数量
workQueue：未处理的任务队列
keepAliveTime：当线程池中的线程数量大于corePoolSize的时候，多余的线程不会立即销毁，而是会等待，
直到等待的时间超过了 keepAliveTime
threadFactory： 用于创建新线程
handler：当线程池的的线程数等于maximumPoolSize且workQueue己满时，使用handler处理新提交的线程
execute方法，实现执行任务的逻辑。
public void execute(Runnable command) { if (command == null) throw new NullPointerException(); /* * 分3步处理任务: * 1.线程数小于corePoolSize时，创建新线程执行此任务。 * addWorker 方法自动检查runState和workerCount * addWorker因为不能添加线程时，返回false * * 2. 如果可以添加到队列, 我们仍要再次检查线程池的状态
* （因为线程池中可能没有线程 或者在进入此方法时，线程池被关闭了。 * 如果线程池不处于RUNNING，清除刚才添加的任务
* 如果处于RUNNING且workerCount=0,创建新线程。
* * 3.如果不能将任务添加到队列, 就尝试创建一个新的线程。如果创建失败，拒绝任务
*/ int c = ctl.get(); // 获取线程池的运行状态和线程数 if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { // 如果线程数小于corePoolSize时
// 第二个参数表示，限制添加线程的数量由谁决定
// true 由corePoolSize
// false 由maximumPoolSize
if (addWorker(command, true)) return; // 添加成功 c = ctl.get(); // 添加线程失败时，重新获取运行状态和线程数 }
// 线程池处于RUNNING状态且任务成功添加到workQueue if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { int recheck = ctl.get(); // 重新获取运行状态和线程数,
// 重新判断运行状态，如果不是处于运行状态，移除上面调用workQueue.offer(command)时，添加的任务。
// 并且拒绝此任务
if (! isRunning(recheck) && remove(command)) reject(command);
// 如果处于运行状态，且线程数为0时 else if (workerCountOf(recheck) == 0) addWorker(null, false); // 在线程中添加线程去执行此任务。 }
// 如果线程池不是运行状态或者添加任务失败，且创建线程的失败时， else if (!addWorker(command, false)) reject(command); // 拒绝此任务 }
addWrok方法，实现增加线程的逻辑
检查是否可以根据当前线程池状态和给定边界（核心或最大线程数）添加新工作线程。 如果是，则相应地调整工作线程的计数，并且如果可能，创建并启动新工作程序，将firstTask作为其第一个任务运行。 如果线程池已停止或可以关闭，则此方法返回false。 如果线程工厂在询问时无法创建线程，它也会返回false。 如果线程创建失败，或者由于线程工厂返回null，或者由于异常（通常是Thread.start（）中的OutOfMemoryError）会回滚
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
retry: for (;;) { int c = ctl.get(); int rs = runStateOf(c); //获取运行状态 // 运行状态为RUNNING时，可以执行任务，跳出if
// 处于SHUTDOWN状态，fisrtTask为null,workQueue不为空时，跳出if
if (rs >= SHUTDOWN && // 不处于RUNNING,继续判断，否则返回fasle ! (rs == SHUTDOWN && // 如果处于SHUTDOWN状态，继续判断，否则返回false firstTask == null && // fisrtTask为空，继续判断，否则返回false ! workQueue.isEmpty())) // workQueue为空时，返回false，否则跳出if return false; for (;;) { int wc = workerCountOf(c); if (wc >= CAPACITY || // 工作线程数大于CAPACITY时，返回false wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)) // 小于CAPACITY，大于core或max时，返回false return false; if (compareAndIncrementWorkerCount(c)) // 如果添加线程成功，跳出第一个for循环 break retry; c = ctl.get(); // Re-read ctl 添加失败，重新读取状态 if (runStateOf(c) != rs) // 不是RUNNING状态， 重新跑到第一个for循环。 continue retry; // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop } } boolean workerStarted = false; boolean workerAdded = false; Worker w = null; try { w = new Worker(firstTask); // 用firstTask创建一个新的Worker final Thread t = w.thread; // Worker利用ThreadFactory创建一个线程对象储存在其实例thread中 if (t != null) { final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; mainLock.lock(); try { // Recheck while holding lock. // Back out on ThreadFactory failure or if // shut down before lock acquired. int rs = runStateOf(ctl.get()); // 如果处于运行状态，或者 处于关闭状态但任务为null时 if (rs < SHUTDOWN || (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) { if (t.isAlive()) // 判断线程是否处于已经调用start()，如果是，抛出异常 throw new IllegalThreadStateException(); workers.add(w); // 将工作线程添加到Hashset中 int s = workers.size(); if (s > largestPoolSize) // 记录线程池中出现过最大的线程数 largestPoolSize = s; workerAdded = true; } } finally { mainLock.unlock(); } if (workerAdded) { t.start(); // 启动线程， t.start()调用的是Worker的run方法，见worker的构造器。 workerStarted = true; } } } finally { if (! workerStarted) addWorkerFailed(w); } return workerStarted; }
什么时候使用线程池
以服务器为例，请求数量很大时，如果每个请求使用一个线程来处理并且线程运行的时间很短，会导致线程频繁创建和销毁，这两个操作会使得服务器变得低效。另一方面，线程过多，内存资源也会被占用过多。
线程池是一种可以使线程处理完一个任务后，接着处理其他任务的技术。
线程池是怎么复用线程
如果将所有Runnable对象存放在一个Queue中，重写Thread的run方法为
public void run() { while(true) { Runnable task = Queue.get(); if(task != null){ task.run(); } } }
显然这个线程就可以重复执行任务
线程池如何复用一个线程-- ThreadPoolExecutor的实现（未完）
原文：https://www.cnblogs.com/yvkm/p/10621903.html