ThreadPoolExecutor

Executor框架最核心的类是ThreadPoolExecutor，它是线程池的实现类，主要由下列4个组件构成。

• corePool: 核心线程池的大小
• maximunPoolSize: 最大线程池的大小
• BlockingQueue: 用来暂时保存任务的工作队列
• RejectedExecutionHandler: 当ThreadPoolExecutor已经关闭或ThreadPoolExecutor已经饱和时（达到了最大线程池大小且工作队列已满），execute()方法将要调用的Handler
• 通过Executor框架的工具类Executors，可以创建3种类型的ThreadPoolExecutor
  1. FixedThreadPool
  2. SingleThreadPool
  3. CachedTheadPool

FixedThreadPool 详解

FixedThreadPool被称为可重用固定线程数的线程池。下面是FixedThreadPool的源代码

 public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }

FixedThreadPool的corePoolSize和maximunPoolSize都被设置为创建FixedThreadPool时指定的参数nThreads.
当线程池中的线程数大于corePoolSize时，keepAliveTime为多余的空闲线程等待新任务的最长时间，超过这个时间后多余的线程将被终止。这里把keepAliveTime设置为0L，意味着多余的空闲线程会被立即终止。
FixedThreadPool的execute()方法的运行示意图

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1. 如果当前运行的线程数少于corePoolSize，则创建新线程来执行任务
2. 在线程池完成预热之后（当前运行的线程数等于corePoolSize）,将任务加入LinkedBlockingQueue。
3. 线程执行完1中的任务后，会在循环中反复从LinkedBlockingQueue获取任务来执行。
   FixedThreadPool使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列（队列的容量为Integer.MAX_VALUE）。使用无界队列作为工作队列会对线程池带来如下影响。
4. 当线程池中的线程数达到corePoolSize后，新任务将在无界队列中等待，因此线程池中的线程数不会超过corePoolSize。
5. 由于1，使用无界队列时maximumPoolSize将是一个无效参数。
6. 由于1和2，使用误解队列时keepAliveTime将是一个无效参数
7. 由于使用无界队列，运行中的FixedThreadPool(未执行方法shutdown()或shutdownNow())不会拒绝任务（不会调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution方法）。

SingleThreadExecutor详解

SingleThreadExecutor是使用单个worker线程的Executor。下面是SingleThreadExecutor的源代码实现。

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

SingleThreadExecutor的 corePoolSize和maximumPoolSize被设置为1。其他参数与FixedThreadPool相同。SingleThreadExecutor使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列（队列的容量为Integer.MAX_VALUE）.SingleThreadExecutor使用无界队列对线程池带来的影响与FixedThreadPool相同。
singleThreadExecutor的运行示例图

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参数说明

1. 如果当前运行的线程数少于corePoolSize(即线程池中无运行的线程)，则创建一个新线程来执行任务。
2. 在线程池完成预热之后（当前线程池中有一个运行的线程），将任务加入LinkedBlockingQueue.
3. 线程执行完1中的任务后，会在一个无限循环中反复从LinkedBlockingQueue获取任务来执行。

CachedThreadPool详解

CachedThreadPool是一个会根据需要创建新线程的线程池。下面是创建CachedThreadPool的源码

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }

CachedThreadPool的corePoolSize被设置为0，即corePool为空；maximumPoolSize被设置为Integer.MAX_VALUE,即maximumPool是无界的。这里把keepAliveTime设置为60L，意味着CachedThreadPool中的空闲线程等待新任务的最长时间为60s，空闲线程超过60s后将会被终止。
FixedThreadPool和SingleThreadExecutor使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列。CachedThreadPool使用没有容量的SynchronousQueue作为线程池的工作队列，但CachedThreadPool的maximunPool是无界的。这意味着，如果主线程提交任务的速度高于maximunPool中线程处理任务的速度时，CachedThreadPool会不断创建新线程。极端情况下，CachedThreadPool会因为创建过多线程而耗尽CPU和内存资源。
CachedThreadPool的executor()方法的执行示意图

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1. 首先执行SynchronousQueue.offer(Runnable task)。如果当前maximumPool中有空闲线程正在执行SynchronousQueue.poll(keepAliveTime,TimeUnit.NANOSECONDS),那么主线程执行offer操作与空闲线程执行的poll操作配对成功，主线程把任务交给空闲线程执行，execute()方法执行完成；否则执行下面的步骤2
2. 当初始maximumPool为空，或者maximumPool中当前没有空闲线程时，将没有线程执行SynchronousQueue.poll(KeepAliveTime,TimeUnit.NANOSECONDS).这种情况下，步骤1将失败。此时CachedThreadPool会创建一个新线程执行任务，execute()方法执行完成。

3. 在步骤2中新创建的线程将新任务执行完后，会执行SynchronousQueue.poll(keepAliveTime,TimeUnit.NANOSECONDS).这个poll操作会让空闲线程最多在SynchronousQueue中等待60s,如果60s内主线程提交一个新任务（主线程执行步骤1），那么这个空闲线程将执行主线程提交的新任务；否则，这个空闲线程将终止。由于空闲60s的空闲线程会被终止，因此长时间保持空闲的CachedThreadPool不会使用任何资源。
   SynchronousQueue是一个没有容量的阻塞队列。每个插入操作必须等待另一个线程的对应移除操作，反之亦然。CachedThreadPool使用SynchronousQueue,把主线程提交的任务传递给空闲线程执行。CachedThreadPool中任务传递的示意图如图

   
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ScheduledThreadPoolExecutor详解

ScheduledThreadPoolExecutor继承自ThreadPoolExecutor。它主要用来在给定的延迟之后运行任务，或者定期执行任务。SheduledThreadPoolExecutor的功能与Timer类似，但ScheduledTheadPoolExecutor功能更强大、更灵活。Timer对应的是单个后台线程，而ScheduledThreadPoolExecutor可以在构造函数中指定多个对应的后台线程数。
ScheduledThreadPoolExecutor的执行示意图

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DelayQueue是一个无界队列，所以ThreadPoolExecutor的maximumPoolSize在ScheduledThreadPoolExecutor中没有什么意义（设置maximumPoolSize的大小没有什么效果）.
ScheduledThreadPoolExecutor的执行主要分为两大部分。

1. 当调用ScheduledThreadPoolExecutor的scheduleAtFixedRate()方法或者scheduleWithFixedDelay()方法时，会向ScheduledThreadPoolExecutor的DelayQueue添加一个实现了RunnableScheduledFuture接口的ScheduledFutureTask。
2. 线程池中的线程从DelayQueue中获取ScheduledFutrueTask，然后执行任务。
   ScheduledThreadPoolExecutor会把待调度的任务（ScheduledFutureTask）放在一个DelayQueue中。
   ScheduledFutureTask主要包含3个成员变量，如下：
3. long型成员变量time，表示这个任务将要被执行的具体时间。
4. long型成员变量sequenceNumber，表示这个任务被添加到ScheduledThreadPoolExecutor中的序号

5. long型成员变量period，表示任务执行的间隔周期
   DelayQueue封装了一个PriorityQueue，这个PriorityQueue会对队列中的ScheduledFutureTask进行排序。排序时，time小的排在前面（时间早的任务将被先执行）。如果两个ScheduledFutureTask的time相同，就比较sequenceNumber，sequenceNumber小的排在前面（也就是说，如果两个任务的执行时间相同，那么先提交的任务将被先执行）
   首先，让我们看看ScheduledThreadPoolExecutor中的线程执行周期任务的过程

   
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6. 线程1从DelayQueue中获取已到期的ScheduledFutureTask(DelayQueue.take())。到期任务是指ScheduleFutureTask的time大于等于当前时间。
7. 线程1执行这个ScheduledFutureTask.
8. 线程1修改ScheduledFutureTask的time变量为下次将要被执行的时间
9. 线程1把这个修改time之后的ScheduledFutureTask放回DelayQueue中