但凡有点开发经验的同学都知道，频繁的创建和销毁线程是会给系统带来比较大的性能开销的。所以线程池就营运而生了。那么使用线程池有什么好处呢？
- 降低资源消耗
可以重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。 - 提高响应速度
当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。 - 提高线程的可管理性
线程是稀缺资源，如果无限制地创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。
线程池的运行策略原理
1、 接口继承关系
线程池所涉及到的接口和类并不是很多，其继承体系也相对简单。相关继承关系如图：
线程池接口关系图
最顶层的接口Executor仅声明了一个方法execute。ExecutorService 接口在其父接口基础上，声明了包含但不限于shutdown、shutdownNow、submit、invokeAll等方法。ScheduledExecutorService接口，则是声明了一些和定时任务相关的方法:schedule、scheduleAtFixedRate等。线程池的核心实现是在ThreadPoolExecutor类中，我们使用Executors调用newFixedThreadPool、newSingleThreadExecutor和newCachedThreadPool等方法创建线程池均是ThreadPoolExecutor类型。
我们看看的构造函数：
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler) {
}
核心参数分析：
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| corePoolSize | 核心线程数。当线程数小于该值时，线程池会优先创建新线程来执行新任务 |
| maximumPoolSize | 线程池所能维护的最大线程数 |
| keepAliveTime | 空闲线程的存活时间 |
| unit | 参数keepAliveTime空闲线程的存活时间的单位 这是一个枚举类 |
| workQueue | 任务队列，用于缓存未执行的任务 |
| threadFactory | 线程工厂。可通过工厂为新建的线程设置更有意义的名字 |
| handler | 拒绝策略。当线程池和任务队列均处于饱和状态时，使用拒绝策略处理新任务。默认是 AbortPolicy，即直接抛出异常 |
2、 线程创建规则策略
对于线程池的创建，线程池所能创建的线程数量受限于corePoolSize和maximumPoolSize两个参数值。线程的创建时机则和corePoolSize以及workQueue 两个参数有关。
下面列举一下线程创建的几个规则（线程池中无空闲线程），如下：
| 线程情况 | 策略 |
|---|---|
| 线程数量小于 corePoolSize | 直接创建新线程处理新的任务 |
| 线程数量大于等于 corePoolSize，workQueue 未满 | 则缓存新任务 |
| 线程数量大于等于 corePoolSize，但小于 maximumPoolSize，且 workQueue 已满 | 则创建新线程处理新任务 |
| 线程数量大于等于 maximumPoolSize，且 workQueue 已满 | 则使用拒绝策略处理新任务 |
简化一下上面的规则：
| 序号 | 条件 | 动作 |
|---|---|---|
| 1 | 线程数 < corePoolSize | 创建新线程 |
| 2 | 线程数 ≥ corePoolSize，且 workQueue 未满 | 缓存新任务 |
| 3 | corePoolSize ≤ 线程数 ＜ maximumPoolSize，且 workQueue 已满 | 创建新线程 |
| 4 | 线程数 ≥ maximumPoolSize，且 workQueue 已满 | 使用拒绝策略处理 |
《Android开发艺术探索》一书中建议：
a. 核心线程数等于CPU核心数+1；
b. 线程池的最大线程数等于CPU的核心数的2倍+1；
c. 核心线程无超时机制，分核心线程的闲置时间为4秒；
d. 任务队列的容量为128.
3、 线程资源回收策略
考虑到系统资源是有限的，对于线程池超出 corePoolSize 数量的空闲线程应进行回收操作。进行此操作存在一个问题，即回收时机。目前的实现方式是当线程空闲时间超过 keepAliveTime 后，进行回收。除了核心线程数之外的线程可以进行回收，核心线程内的空闲线程也可以进行回收。回收的前提是allowCoreThreadTimeOut属性被设置为 true，通过public void allowCoreThreadTimeOut(boolean) 方法可以设置属性值。
4、 排队策略
如上面线程创建规则所说的，当线程数量大于等于corePoolSize，workQueue未满时，则缓存新任务。这里要考虑使用什么类型的容器缓存新任务，通过 JDK 文档介绍，我们可知道有3种类型的容器可供使用，分别是同步队列，有界队列和无界队列。对于有优先级的任务，这里还可以增加优先级队列。以上所介绍的4种类型的队列，对应的实现类如下：
| 实现类 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
| SynchronousQueue | 同步队列 | 该队列不存储元素，每个插入操作必须等待另一个线程调用移除操作，否则插入操作会一直阻塞 |
| ArrayBlockingQueue | 有界队列 | 基于数组的阻塞队列，按照 FIFO 原则对元素进行排序 |
| LinkedBlockingQueue | 无界队列 | 基于链表的阻塞队列，按照 FIFO 原则对元素进行排序 |
| PriorityBlockingQueue | 优先级队列 | 具有优先级的阻塞队列 |
5、 拒绝策略
如上线程创建规则策略中所说，当线程数量大于等于 maximumPoolSize，且 workQueue 已满，或者是当前线程池被关闭了则使用拒绝策略处理新任务。Java 线程池提供了4种拒绝策略实现类， 如下：
| 实现类 | 说明 |
|---|---|
| AbortPolicy | 丢弃新任务，并抛出 RejectedExecutionException |
| DiscardPolicy | 不做任何操作，直接丢弃新任务 |
| DiscardOldestPolicy | 丢弃队列列首的元素，并执行新任务 |
| CallerRunsPolicy | 会在线程池当前正在运行的Thread线程池中处理被拒绝的任务 |
以上4个拒绝策略中，AbortPolicy 是线程池实现类所使用的默认策略。我们也可以通过方法：
public void setRejectedExecutionHandler(RejectedExecutionHandler handler)
修改线程池的拒绝策略。
6、 线程池中的线程是如何创建的
在线程池的实现上，线程的创建是通过线程工厂接口ThreadFactory的实现类来完成的。默认情况下，线程池使用Executors.defaultThreadFactory()方法返回的线程工厂实现类。当然，我们也可以通过方法：
public void setThreadFactory(ThreadFactory threadFactory)
进行动态修改线程的创建。具体细节可以参考具体细节可以参考Executors.defaultThreadFactory()的实现。
7、 线程池的线程是如何实现复用的
在线程池中，线程的复用是线程池的关键所在。这就要求线程在执行完一个任务后，不能立即退出。对应到具体实现上，工作线程在执行完一个任务后，会再次到任务队列获取新的任务。如果任务队列中没有任务，且 keepAliveTime 也未被设置，工作线程则会被一致阻塞下去。通过这种方式即可实现线程复用。
说完原理，再来看看线程的创建和复用的相关代码（基于 JDK 1.8），如下：
+----ThreadPoolExecutor.Worker.java
Worker(Runnable firstTask) {
setState(-1);
this.firstTask = firstTask;
// 调用线程工厂创建线程
this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}
// Worker 实现了 Runnable 接口
public void run() {
runWorker(this);
}
+----ThreadPoolExecutor.java
final void runWorker(Worker w) {
Thread wt = Thread.currentThread();
Runnable task = w.firstTask;
w.firstTask = null;
w.unlock();
boolean completedAbruptly = true;
try {
// 循环从任务队列中获取新任务
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
w.lock();
// If pool is stopping, ensure thread is interrupted;
// if not, ensure thread is not interrupted. This
// requires a recheck in second case to deal with
// shutdownNow race while clearing interrupt
if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
(Thread.interrupted() &&
runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
!wt.isInterrupted())
wt.interrupt();
try {
beforeExecute(wt, task);
Throwable thrown = null;
try {
// 执行新任务
task.run();
} catch (RuntimeException x) {
thrown = x; throw x;
} catch (Error x) {
thrown = x; throw x;
} catch (Throwable x) {
thrown = x; throw new Error(x);
} finally {
afterExecute(task, thrown);
}
} finally {
task = null;
w.completedTasks++;
w.unlock();
}
}
completedAbruptly = false;
} finally {
// 线程退出后，进行后续处理
processWorkerExit(w, completedAbruptly);
}
}
8、 提交任务
有两种提交任务的方式execute(Runnable command)和submit(Runnable task)。而他们的区别是什么呢？
AbstractExecutorService.java
public Future<?> submit(Runnable task) {
if (task == null) throw new NullPointerException();
// 创建任务
RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
// 提交任务
execute(ftask);
return ftask;
}
最直观的是execute(Runnable command)没有返回值，而submit(Runnable task)返回一个Future。从源码上看submit(Runnable task)最终也是执行了execute(Runnable command)。但是具体是啥区别？
submit在执行过程中与execute不一样，不会抛出异常而是把异常保存在成员变量中，在FutureTask.get阻塞获取的时候再把异常抛出来。通过Future可以很轻易地获得任务的执行情况，比如是否执行完成、是否被取消、是否异常等等。
+---- ThreadPoolExecutor.java
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
int c = ctl.get();
// 如果工作线程数量 < 核心线程数，则创建新线程
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
// 添加工作者对象
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
// 缓存任务，如果队列已满，则 offer 方法返回 false。否则，offer 返回 true
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
// 添加工作者对象，并在 addWorker 方法中检测线程数是否小于最大线程数
else if (!addWorker(command, false))
// 线程数 >= 最大线程数，使用拒绝策略处理任务
reject(command);
}
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
retry:
for (;;) {
int c = ctl.get();
int rs = runStateOf(c);
// Check if queue empty only if necessary.
if (rs >= SHUTDOWN &&
! (rs == SHUTDOWN &&
firstTask == null &&
! workQueue.isEmpty()))
return false;
for (;;) {
int wc = workerCountOf(c);
// 检测工作线程数与核心线程数或最大线程数的关系
if (wc >= CAPACITY ||
wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
return false;
if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
break retry;
c = ctl.get(); // Re-read ctl
if (runStateOf(c) != rs)
continue retry;
// else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
}
}
boolean workerStarted = false;
boolean workerAdded = false;
Worker w = null;
try {
// 创建工作者对象，细节参考上一节所贴代码
w = new Worker(firstTask);
final Thread t = w.thread;
if (t != null) {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
int rs = runStateOf(ctl.get());
if (rs < SHUTDOWN ||
(rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
throw new IllegalThreadStateException();
// 将 worker 对象添加到 workers 集合中
workers.add(w);
int s = workers.size();
// 更新 largestPoolSize 属性
if (s > largestPoolSize)
largestPoolSize = s;
workerAdded = true;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
if (workerAdded) {
// 开始执行任务
t.start();
workerStarted = true;
}
}
} finally {
if (! workerStarted)
addWorkerFailed(w);
}
return workerStarted;
}
代码略多，不过结合线程的创建策略和拒绝策略加上注释，理解主逻辑应该不难。
9、 关闭线程池
我们可以通过shutdown和shutdownNow两个方法关闭线程池。两个方法的区别在于，shutdown 会将线程池的状态设置为SHUTDOWN，同时该方法还会中断空闲线程。shutdownNow 则会将线程池状态设置为STOP，并尝试中断所有的线程。中断线程使用的是Thread.interrupt方法，未响应中断方法的任务是无法被中断的。最后，shutdownNow 方法会将未执行的任务全部返回。
调用 shutdown 和 shutdownNow 方法关闭线程池后，就不能再向线程池提交新任务了。对于处于关闭状态的线程池，会使用拒绝策略处理新提交的任务。
Android中的几种线程池
一般情况下，我们并不直接使用 ThreadPoolExecutor 类创建线程池，而是通过 Executors 工具类去构建线程池。通过 Executors 工具类，我们可以构造5中不同的线程池。下面通过一个表格简单介绍一下几种线程池，如下：
| 静态构造方法 | 说明 |
|---|---|
| newFixedThreadPool(int nThreads) | 构建包含固定线程数的线程池，默认情况下，空闲线程不会被回收 |
| newCachedThreadPool() | 构建线程数不定的线程池，线程数量随任务量变动，空闲线程存活时间超过60秒后会被回收 |
| newSingleThreadExecutor() | 构建线程数为1的线程池，等价于 newFixedThreadPool(1) 所构造出的线程池 |
| newScheduledThreadPool(int corePoolSize) | 构建核心线程数为 corePoolSize，可执行定时任务的线程池 |
| newSingleThreadScheduledExecutor() | 等价于 newScheduledThreadPool(1) |
阿里巴巴Android开发手册对线程池使用的建议：
- 【推荐】ThreadPoolExecutor 设置线程存活时间(setKeepAliveTime)，确保空闲时
线程能被释放。 - 【强制】线程池不允许使用Executors 去创建，而是通过ThreadPoolExecutor 的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。
说明：
Executors 返回的线程池对象的弊端如下：
- FixedThreadPool 和SingleThreadPool ：允许的请求队列长度为
Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而导致OOM； - CachedThreadPool 和ScheduledThreadPool ：允许的创建线程数量为
Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量的线程，从而导致OOM。
正例：
int NUMBER_OF_CORES = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
int KEEP_ALIVE_TIME = 1;
TimeUnit KEEP_ALIVE_TIME_UNIT = TimeUnit.SECONDS;
BlockingQueue<Runnable> taskQueue = new LinkedBlockingQueue<Runnable>();
ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(NUMBER_OF_CORES,
NUMBER_OF_CORES*2, KEEP_ALIVE_TIME, KEEP_ALIVE_TIME_UNIT,
taskQueue, new BackgroundThreadFactory(), new DefaultRejectedExecutionHandler());
反例：
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
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