pool-1-thread-2 Start. Time = Sun Apr 12 11:14:42 CST 2020
pool-1-thread-1 End. Time = Sun Apr 12 11:14:47 CST 2020
pool-1-thread-4 End. Time = Sun Apr 12 11:14:47 CST 2020
pool-1-thread-5 End. Time = Sun Apr 12 11:14:47 CST 2020
pool-1-thread-3 End. Time = Sun Apr 12 11:14:47 CST 2020
pool-1-thread-2 End. Time = Sun Apr 12 11:14:47 CST 2020

## 2.线程池原理分析
承接上一节，我们通过代码输出结果可以看出：**线程首先会先执行 5 个任务，然后这些任务有任务被执行完的话，就会去拿新的任务执行。** 大家可以先通过上面讲解的内容，分析一下到底是咋回事？（自己独立思考一会）

现在，我们就分析上面的输出内容来简单分析一下线程池原理。

**为了搞懂线程池的原理，我们需要首先分析一下`execute`方法。**在上一节中的Demo中我们使用`executor.execute(worker)`来提交一个任务到线程池中去，这个方法非常重要，下面我们来看看它的源码：
```java
// 存放线程池的运行状态 (runState) 和线程池内有效线程的数量 (workerCount) 
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));

    private static int workerCountOf(int c) { 
        return c & CAPACITY; 
}
//任务队列
private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;

public void execute(Runnable command) {
     // 如果任务为null，则抛出异常。 
     if (command == null) 
        throw new NullPointerException(); 
     // ctl 中保存的线程池当前的一些状态信息 
     int c = ctl.get();

    // 下面会涉及到 3 步 操作 
    // 1.首先判断当前线程池中之行的任务数量是否小于 corePoolSize 
    // 如果小于的话，通过addWorker(command, true)新建一个线程，并将任务(command)添 加到该线程中；然后，启动该线程从而执行任务。
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { 
        if (addWorker(command, true)) 
            return; 
        c = ctl.get(); 
}
    // 2.如果当前之行的任务数量大于等于 corePoolSize 的时候就会走到这里 
    // 通过 isRunning 方法判断线程池状态，线程池处于RUNNING状态才会被并且队列可以加入任务，该任务才会被加入进去
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { 
        int recheck = ctl.get();
    // 再次获取线程池状态，如果线程池状态不是RUNNING状态就需要从任务队列中移除任务，并尝试判断线程是否全部执行完毕。同时执行拒绝策略。
    if (!isRunning(recheck) && remove(command)) 
        reject(command);
        // 如果当前线程池为空就新创建一个线程并执行。
    else if (workerCountOf(recheck) == 0) 
        addWorker(null, false); 
}
    //3. 通过addWorker(command, false)新建一个线程，并将任务(command)添加到该线程中；然后，启动该线程从而执行任务。 
    //如果addWorker(command, false)执行失败，则通过reject()执行相应的拒绝策略的内容。
    else if (!addWorker(command, false)) 
        reject(command); 
}

通过下图可以更好的对上面这 3 步做一个展示

addWorker这个方法主要用来创建新的工作线程，如果返回true说明创建和启动工作线程成功，否则的话返回的就是false。

// 全局锁，并发操作必备 
private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock(); 
// 跟踪线程池的最大大小，只有在持有全局锁mainLock的前提下才能访问此集合 
private int largestPoolSize; 
// 工作线程集合，存放线程池中所有的（活跃的）工作线程，只有在持有全局锁mainLock的前提下才 能访问此集合 
private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<>(); 
//获取线程池状态 
private static int runStateOf(int c) { 
    return c & ~CAPACITY; 
} 
//判断线程池的状态是否为 
Running private static boolean isRunning(int c) { 
    return c < SHUTDOWN; 
}

/**
* 添加新的工作线程到线程池 
* @param firstTask 要执行 
* @param core参数为true的话表示使用线程池的基本大小，为false使用线程池最大大小 
* @return 添加成功就返回true否则返回false 
*/
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
    retry: 
    for (;;) { 
        //这两句用来获取线程池的状态 
        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 (;;) { 
            //获取线程池中线程的数量 
            int wc = workerCountOf(c);
            // core参数为true的话表明队列也满了，线程池大小变为 maximumPoolSize 
            if (wc >= CAPACITY || wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)) 
            return false; 
            //原子操作将workcount的数量加1 
            if (compareAndIncrementWorkerCount(c)) 
                break retry; 
            // 如果线程的状态改变了就再次执行上述操作 
            c = ctl.get(); 
            if (runStateOf(c) != rs) 
                continue retry; 
            // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop 
    } 
}
// 标记工作线程是否启动成功 
boolean workerStarted = false; 
// 标记工作线程是否创建成功 
boolean workerAdded = false; 
Worker w = null;

try {
    w = new Worker(firstTask); 
    final Thread t = w.thread; 
    if (t != null) { 
        // 加锁 
          final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
          mainLock.lock();
          try {
            //获取线程池状态 
            int rs = runStateOf(ctl.get()); 
            //rs < SHUTDOWN 如果线程池状态依然为RUNNING,并且线程的状态是存活的话，就会将工作线程添加到工作线程集合中 
            //(rs=SHUTDOWN && firstTask == null)如果线程池状态小于STOP，也就是 RUNNING或者SHUTDOWN状态下，同时传入的任务实例firstTask为null，则需要添加到工作线程集合和启 动新的Worker 
            // firstTask == null证明只新建线程而不执行任务
            if (rs < SHUTDOWN || (
                rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) { 
                if (t.isAlive()) // precheck that t is startable 
                    throw new IllegalThreadStateException(); 
                workers.add(w);
              //更新当前工作线程的最大容量 
              int s = workers.size(); 
              if (s > largestPoolSize) 
                  largestPoolSize = s; 
              // 工作线程是否启动成功 
                workerAdded = true; 
            } 
      } finally { 
          // 释放锁 
          mainLock.unlock(); 
      }
       如果成功添加工作线程，则调用Worker内部的线程实例t的Thread#start()方 法启动真实的线程实例
      if (workerAdded) { 
          t.start(); 
      /// 标记线程启动成功 
          workerStarted = true;
    }
 } 
} finally { 
   // 线程启动失败，需要从工作线程中移除对应的Worker 
      if (! workerStarted) 
          addWorkerFailed(w); 
    }
return workerStarted;
}

现在，让我们在回到上一节我们写的Demo， 现在应该是不是很容易就可以搞懂它的原理了呢？

没搞懂的话，也没关系，可以看看我的分析：

我们在代码中模拟了 10 个任务，我们配置的核心线程数为 5 、等待队列容量为 100 ，所以每次只可能存在 5 个任务同时执行，剩下的 5 个任务会被放到等待队列中去。当前的5个任务中如果有任务被执行完了，线程池就会去拿新的任务执行。

3.几个常见的对比

1)Runnable vs Callable

Runnable自Java 1.0以来一直存在，但Callable仅在 Java1.5中引入,目的就是为了来处理Runnable不支持的用例。 Runnable接口不会返回结果或抛出检查异常，但是Callable接口可以。所以，如果任务不需要返回结果或抛出异常推荐使用Runnable接口，这样代码看起来会更加简洁。

工具类Executors可以实现Runnable对象和Callable对象之间的相互转换。（Executors.callable（Runnable task）或Executors.callable（Runnable task，Object resule） ）。

Runnable.java

@FunctionalInterface 
public interface Runnable { 
    /**
    * 被线程执行，没有返回值也无法抛出异常 
    */
    public abstract void run(); 
}

Callable.java

@FunctionalInterface 
public interface Callable<V> { 
    /**
      * 计算结果，或在无法这样做时抛出异常。
      * @return 计算得出的结果 
      * @throws 如果无法计算结果，则抛出异常 
      */ 
    V call() throws Exception; 
}

2) execute() vs submit()

1.execute()方法用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功与否；

2.submit()方法用于提交需要返回值的任务。线程池会返回一个Future类型的对象，通过这个Future对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过Future的get()方法来获取返回值，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成，而使用get（long timeout，TimeUnit unit）方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回，这时候有可能任务没有执行完。

我们以AbstractExecutorService接口中的一个 submit 方法为例子来看看源代码：

public Future<?> submit(Runnable task) { 
    if (task == null) throw new NullPointerException(); 
    RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null); 
    execute(ftask); return ftask;
}

上面方法调用的newTaskFor方法返回了一个FutureTask对象。

protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) { 
    return new FutureTask<T>(runnable, value);
}

我们再来看看execute()方法：

public void execute(Runnable command) { 
    ... 
}

3)shutdown() VS shutdownNow()

• shutdown（）:关闭线程池，线程池的状态变为SHUTDOWN。线程池不再接受新任务了，但是队列里的任务得执行完毕。
• shutdownNow（）:关闭线程池，线程的状态变为STOP。线程池会终止当前正在运行的任务，并停止处理排队的任务并返回正在等待执行的List。

4)isTerminated() VS isShutdown()

• isShutDown当调用shutdown()方法后返回为 true。
• isTerminated当调用shutdown()方法后，并且所有提交的任务完成后返回为 true

4.加餐: Callable + ThreadPoolExecutor 示例代码
MyCallable.java

import java.util.concurrent.Callable; 

public class MyCallable implements Callable<String> {
    @Override 
    public String call() throws Exception { 
        Thread.sleep(1000); 
        //返回执行当前 Callable 的线程名字 
        return Thread.currentThread().getName(); 
    } 
}

CallableDemo.java

import java.util.ArrayList; 
import java.util.Date; 
import java.util.List; 
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; 
import java.util.concurrent.Callable; 
import java.util.concurrent.ExecutionException; 
import java.util.concurrent.Future; 
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor; 
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class CallableDemo {
    private static final int CORE_POOL_SIZE = 5; 
    private static final int MAX_POOL_SIZE = 10; 
    private static final int QUEUE_CAPACITY = 100; 
    private static final Long KEEP_ALIVE_TIME = 1L;
    
    public static void main(String[] args) {

    //使用阿里巴巴推荐的创建线程池的方式 
    //通过ThreadPoolExecutor构造函数自定义参数创建
    ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor( 
          CORE_POOL_SIZE,
          MAX_POOL_SIZE, 
          KEEP_ALIVE_TIME, 
          TimeUnit.SECONDS, 
          new ArrayBlockingQueue<>(QUEUE_CAPACITY), 
          new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
    List<Future<String>> futureList = new ArrayList<>(); 
    Callable<String> callable = new MyCallable(); 
    for (int i = 0; i < 10; i++) { 
        //提交任务到线程池 
        Future<String> future = executor.submit(callable); 
        //将返回值 future 添加到 list，我们可以通过 future 获得 执行 Callable 得到 的返回值 
        futureList.add(future); 
    }
    for (Future<String> fut : futureList) { 
          try {
              System.out.println(new Date() + "::" + fut.get());
          } catch (InterruptedException | ExecutionException e) { 
              e.printStackTrace(); 
        } 
  }
  //关闭线程池 
  executor.shutdown(); 
  }
}

Output:

Wed Nov 13 13:40:41 CST 2019::pool-1-thread-1 
Wed Nov 13 13:40:42 CST 2019::pool-1-thread-2 
Wed Nov 13 13:40:42 CST 2019::pool-1-thread-3 
Wed Nov 13 13:40:42 CST 2019::pool-1-thread-4 
Wed Nov 13 13:40:42 CST 2019::pool-1-thread-5 
Wed Nov 13 13:40:42 CST 2019::pool-1-thread-3 
Wed Nov 13 13:40:43 CST 2019::pool-1-thread-2 
Wed Nov 13 13:40:43 CST 2019::pool-1-thread-1 
Wed Nov 13 13:40:43 CST 2019::pool-1-thread-4
Wed Nov 13 13:40:43 CST 2019::pool-1-thread-5

五、几种常见的线程池详解

1.FixedThreadPool

1)介绍

FixedThreadPool被称为可重用固定线程数的线程池。通过Executors类中的相关源代码来看一下相关实现：

/**
* 创建一个可重用固定数量线程的线程池 
*/ 
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, 
ThreadFactory threadFactory) { 
      return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS, 
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>(), 
                                    threadFactory); 
}

另外还有一个FixedThreadPool的实现方法，和上面的类似，所以这里不多做阐述：

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

从上面源代码可以看出新创建的FixedThreadPool的corePoolSize和maximumPoolSize都被设置为nThreads，这个nThreads参数是我们使用的时候自己传递的。

2)执行任务过程介绍

FixedThreadPool的execute()方法运行示意图

上图说明：

1. 如果当前运行的线程数小于 corePoolSize， 如果再来新任务的话，就创建新的线程来执行任务；
2. 当前运行的线程数等于 corePoolSize 后， 如果再来新任务的话，会将任务加入LinkedBlockingQueue；
3. 线程池中的线程执行完 手头的任务后，会在循环中反复从LinkedBlockingQueue中获取任务来执行；

3)为什么不推荐使用 FixedThreadPool ？

FixedThreadPool使用无界队列LinkedBlockingQueue（队列的容量为 Intger.MAX_VALUE）作为线程池的工作队列会对线程池带来如下影响：

1. 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；
2. 由于使用无界队列时maximumPoolSize将是一个无效参数，因为不可能存在任务队列满的情况。所以，通过创建FixedThreadPool的源码可以看出创建的FixedThreadPool的 corePoolSize和maximumPoolSize被设置为同一个值。
3. 由于 1 和 2，使用无界队列时keepAliveTime将是一个无效参数；
4. 运行中的FixedThreadPool（未执行shutdown()或shutdownNow()）不会拒绝任务，在任务比较多的时候会导致 OOM（内存溢出）。

2.SingleThreadExecutor 详解

1)介绍

SingleThreadExecutor是只有一个线程的线程池。下面看SingleThreadExecutor的实现：

/**
*返回只有一个线程的线程池 
*/ 
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory 
threadFactory) { 
    return new FinalizableDelegatedExecutorService 
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1, 
                              0L, TimeUnit.MILLISECONDS, 
                              new LinkedBlockingQueue<Runnable>(), 
                              threadFactory)); 
}

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

从上面源代码可以看出新创建的SingleThreadExecutor的corePoolSize和maximumPoolSize都被设置为 1.其他参数和FixedThreadPool相同。

2)执行任务过程介绍

SingleThreadExecutor的运行示意图

上图说明;
1.如果当前运行的线程数少于corePoolSize，则创建一个新的线程执行任务；
2.当前线程池中有一个运行的线程后，将任务加入LinkedBlockingQueue
3.线程执行完当前的任务后，会在循环中反复从LinkedBlockingQueue中获取任务来执行；

3)为什么不推荐使用 SingleThreadExecutor ？

SingleThreadExecutor使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列（队列的容量为 Intger.MAX_VALUE）。SingleThreadExecutor使用无界队列作为线程池的工作队列会对线程池带来的影响与FixedThreadPool相同。说简单点就是可能会导致OOM，

3.CachedThreadPool 详解

1)介绍

CachedThreadPool是一个会根据需要创建新线程的线程池。下面通过源码来看看
CachedThreadPool的实现：

/**
* 创建一个线程池，根据需要创建新线程，但会在先前构建的线程可用时重用它。 
*/ 
public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory 
threadFactory) { 
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 
                              60L, TimeUnit.SECONDS, 
                              new SynchronousQueue<Runnable>(), 
                              threadFactory); 
}

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

CachedThreadPool的corePoolSize被设置为空（0），maximumPoolSize被设置为Integer.MAX.VALUE，即它是无界的，这也就意味着如果主线程提交任务的速度高于maximumPool中线程处理任务的速度时，CachedThreadPool会不断创建新的线程。极端情况下，这样会导致耗尽cpu 和内存资源。

2)执行任务过程介绍

CachedThreadPool 的 execute()方法的执行示意图

上图说明：

1. 首先执行SynchronousQueue.offer(Runnable task)提交任务到任务队列。如果当前maximumPool中有闲线程正在执行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会创建新线程执行任务，execute 方法执行完成；

3) 为什么不推荐使用 CachedThreadPool ？

CachedThreadPool允许创建的线程数量为Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量线程，从而导致OOM。

六、ScheduledThreadPoolExecutor 详解

ScheduledThreadPoolExecutor主要用来在给定的延迟后运行任务，或者定期执行任务。 这个在实际项目中基本不会被用到，因为有其他方案选择比如quartz。大家只需要简单了解一下它的思想。

1.简介

ScheduledThreadPoolExecutor使用的任务队列DelayQueue封装了一个PriorityQueue， PriorityQueue会对队列中的任务进行排序，执行所需时间短的放在前面先被执行( ScheduledFutureTask的time变量小的先执行)，如果执行所需时间相同则先提交的任务将被先执行( ScheduledFutureTask 的squenceNumber变量小的先执行)。
ScheduledThreadPoolExecutor和Timer的比较：

• Timer对系统时钟的变化敏感，ScheduledThreadPoolExecutor不是；
• Timer只有一个执行线程，因此长时间运行的任务可以延迟其他任务。
  ScheduledThreadPoolExecutor可以配置任意数量的线程。 此外，如果你想（通过提供ThreadFactory），你可以完全控制创建的线程;
• 在TimerTask中抛出的运行时异常会杀死一个线程，从而导致 Timer死机:-( …即计划任务将不再运行。ScheduledThreadExecutor不仅捕获运行时异常，还允许您在需要时处理它们（通过重写afterExecute方法ThreadPoolExecutor）。抛出异常的任务将被取消，但其他任务将继续运行。

综上，在 JDK1.5 之后，你没有理由再使用 Timer 进行任务调度了。

备注： Quartz 是一个由 java 编写的任务调度库，由OpenSymphony 组织开源出来。在实际项目开发中使用 Quartz 的还是居多，比较推荐使用 Quartz。因为 Quartz 理论上能够同时对上万个任务进行调度，拥有丰富的功能特性，包括任务调度、任务持久化、可集群化、插件等等。

2.运行机制

ScheduledThreadPoolExecutor的执行主要分为两大部分：

1. 当调用ScheduledThreadPoolExecutor的scheduleAtFixedRate()方法或者scheduleWirhFixedDelay()方法时，会向ScheduledThreadPoolExecutor的DelayQueue添加一个实现了RunnableScheduledFuture接口ScheduledFutureTask。

总结

这个月马上就又要过去了，还在找工作的小伙伴要做好准备了，小编整理了大厂java程序员面试涉及到的绝大部分面试题及答案，希望能帮助到大家

CodeChina开源项目：【一线大厂Java面试题解析+核心总结学习笔记+最新讲解视频】

scheduleAtFixedRate()方法或者scheduleWirhFixedDelay()方法时，会向ScheduledThreadPoolExecutor的DelayQueue添加一个实现了RunnableScheduledFuture接口ScheduledFutureTask。

总结

这个月马上就又要过去了，还在找工作的小伙伴要做好准备了，小编整理了大厂java程序员面试涉及到的绝大部分面试题及答案，希望能帮助到大家

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