引言

在Java并发编程中，线程池是一种被广泛应用的资源管理工具，它能够有效地管理和控制程序中的线程数量，从而提高系统性能、减少系统资源消耗。本文将深入剖析Java线程池的工作机制与执行过程。

一、线程池的基本概念

Java中的线程池主要由java.util.concurrent ThreadPoolExecutor类实现，其核心组件包括：工作队列（如ArrayBlockingQueue）、线程池（包含核心线程和非核心线程）以及拒绝策略等。线程池的主要任务是接收外部提交的任务并调度线程进行执行。

二、线程池的工作流程

直接上图：

线程池执行过程主要分为四个阶段

任务提交阶段

当我们调用ThreadPoolExecutor.execute(Runnable task)方法向线程池提交一个任务时，线程池内部会经历以下步骤：

判断当前线程池中的线程数量是否小于核心线程数：如果是，线程池会创建一个新的工作线程来执行这个任务，并将其初始化，然后调用线程的start()方法启动它。
若当前线程数不小于核心线程数，线程池会尝试将任务添加到工作队列（如ArrayBlockingQueue）。这里的"尝试"意味着如果队列已满，那么就会触发下一种处理方式。
如果工作队列已满，线程池会检查当前线程数是否小于最大线程数。如果小于最大线程数，线程池会创建一个新的线程来处理这个任务；否则，就需要采取拒绝策略来处理无法接受的新任务。

任务获取与执行阶段

每个工作线程都在一个无限循环中运行，它们会不断从工作队列中获取任务并执行。获取任务的过程通常涉及阻塞等待（如使用BlockingQueue的take()方法）。一旦获取到任务，线程就会执行Runnable.run()方法，完成任务的实际工作。

线程扩展与收缩

线程扩展 ：当线程池需要创建新线程来处理任务时，会调用ThreadFactory.newThread(Runnable r)方法创建新线程。默认的线程工厂会为每个线程赋予有意义的名字，比如"pool-1-thread-1"。
线程收缩：线程池中的非核心线程在完成任务后不会立即销毁，而是进入保持存活状态。只有当这些线程在指定时间内（keepAliveTime参数指定）没有接收到新的任务，并且线程池中的线程数大于核心线程数时，这些空闲线程才会被终止。

拒绝策略

四种常见的拒绝策略如下：

AbortPolicy：默认拒绝策略，直接抛出RejectedExecutionException异常。
CallerRunsPolicy：调用者所在线程负责执行任务，这将降低新任务的提交速度。
DiscardPolicy：默默地丢弃任务，不执行也不抛出异常。
DiscardOldestPolicy：移除工作队列中最旧的任务（最先入队但尚未被执行的任务），然后重新尝试提交当前任务。

线程池核心参数

Java线程池的核心类是java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor，它提供了丰富的参数用于定制线程池的行为。以下是ThreadPoolExecutor的主要构造函数参数及其含义：

corePoolSize：这是线程池的基本大小，即线程池即使在空闲时也会维持的最小线程数量。只要有任务提交过来，就会优先创建至corePoolSize个线程来处理任务。
maximumPoolSize：这是线程池能容纳的最大线程数。当线程池中的所有线程都处于活动状态且工作队列已满时，线程池会尝试增加更多的线程来处理任务，直到达到这个上限。
keepAliveTime：当线程池中线程数量超过corePoolSize时，多余的空闲线程在多长时间内（无新任务提交）仍不被使用就会被终止。这个时间长度是以TimeUnit指定的时间单位来衡量的。
TimeUnit： keepAliveTime参数的时间单位，可以是纳秒（NANOSECONDS）、微秒（MICROSECONDS）、毫秒（MILLISECONDS）、秒（SECONDS）、分钟（MINUTES）、小时（HOURS）或天（DAYS）。
BlockingQueue workQueue：任务队列，用于存储等待执行的任务。可以选择不同的队列类型，例如无界队列（如LinkedBlockingQueue）、有界队列（如ArrayBlockingQueue）或其他满足BlockingQueue接口的自定义队列。
ThreadFactory threadFactory：用于创建新线程的工厂类，可以通过自定义ThreadFactory来设定新线程的名称、优先级和其他属性。
RejectedExecutionHandler handler：拒绝策略，当线程池和任务队列都无法处理新的任务时，会调用这个策略的rejectedExecution方法来处理被拒绝的任务。Java提供了一系列内置的拒绝策略如AbortPolicy、CallerRunsPolicy、DiscardPolicy和DiscardOldestPolicy，也可以自定义拒绝策略。

线程池实践

创建一个核心线程池数为2，最大线程数为3，阻塞队列大小为2的线程池。

下面的代码中，执行一次任务需要5000MS，而6个任务是一次性提交进去的，其中第四个任务就会因为无法被核心线程执行，无法加入等待队列，无法创建新的非核心线程执行，而执行拒绝策略。

java 复制代码

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadPoolExecutor executorService = new ThreadPoolExecutor(2,
                3,
                0, TimeUnit.MILLISECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<Runnable>(2));

        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            executorService.execute(() -> {
                try {
                    Date date = new Date();
                    System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "报时：" + date);
                    Thread.sleep(5000);
                } catch (InterruptedException e) {
                }

            });

            System.out.println("等待队列中现在有" + executorService.getQueue().size() + "个任务");
            Thread.sleep(500);
        }
    }

运行结果如下：