Java高并发应用开发过程中会频繁的创建和销毁线程，为了节约成本和提升性能，往往会使用线程池来统一管理线程，使用线程池主要有以下几点优势
降低资源消耗：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：任务可以不需要等待线程创建就能立即执行
提高线程可管理性：线程池会保持一些基本的线程统计信息，以便对线程进行有效管理，使得能对所接收到的异步任务进行高效调度

1. 使用Executors创建线程

Executors工厂类提供了四种快捷方式创建线程池

1.1. newSingleThreadExecutor

只有一个线程的线程池，用唯一的工作线程来执行任务，可以保证所有任务按照指定顺序执行
该线程池特点如下：

1. 单线程化的线程池中的任务是按照提交的次序顺序执行
2. 池中的唯一线程的存活时间是无限的
3. 当池中的唯一线程正繁忙时，新提交的任务实例会进入内部的阻塞队列中，并且其阻塞队列是无界的

使用场景：任务按照提交次序，一个任务一个任务逐个执行

1.2. newFixedThreadPool

用于创建固定数量的线程池，唯一的参数用于设置池中线程的固定数量
该线程池特点如下：

1. 线程池没有达到固定数量时，每次提交一个任务线程池内就创建一个新线程，直到线程达到线程池固定数量
2. 线程池的大小一旦达到固定数量会保持不变，如果某个线程因执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程
3. 在接收异步任务的执行目标实例时，如果池中的所有线程均在繁忙状态，新任务会进入阻塞队列

使用场景：需要任务长期执行，适用于处理CPU密集型任务

1.3. newCachedThreadPool

创建一个可缓存线程池，如线程池内某些线程无事可做成为空闲线程，可缓存线程池可灵活回收这些空闲线程
该线程池特点如下：

1. 在接收新的异步任务target执行目标实例时，如果池内所有线程繁忙，此线程池就会添加新线程来处理任务
2. 此线程池不会对线程池大小进行限制，线程池大小完全依赖于操作系统(或者说JVM)能够创建的最大线程大小
3. 如果部分线程空闲，也就是存量线程的数量超过了处理任务数量，就会回收空闲(60秒不执行任务)线程

使用场景：快速处理突发性强、耗时较短

1.4. newScheduledThreadPool

创建一个可调度线程池，提供延时和周期性任务调度功能
当被调任务的执行时间大于指定的间隔时间时，并不会创建一个新的线程去并发执行这个任务，而是等待前一次调度执行完毕
使用场景：周期性执行任务

1.5. Executors创建线程池存在的问题

FixedThreadPool和SingleThreadPool
创建的线程池工作队列的长度都为Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的任务，从而导致OOM
CachedThreadPool和ScheduledThreadPool
创建的线程池允许创建的线程数量为Integer.MAX_VALUE，可能会导致创建大量的线程，从而导致OOM

2. 使用ThreadPoolExecutor创建线程池

在实际开发过程中创建线程池都是使用构造器ThreadPoolExecutor去构造工作线程池，源码如下：

public ThreadPoolExecutor(
		int corePoolSize,//核心线程数，即使线程空闲也不会回收
		int maximumPoolSize,//最大线程数
		long keepAliveTime, TimeUnit unit,//线程最大空闲时长
		BlockingQueue<Runnable> workQueue,//工作队列
		ThreadFactory threadFactory,//新线程产生方式(线程工厂)
		RejectedExecutionHandler handler)//拒绝策略

2.1. 核心和最大线程数

线程池执行器将会根据corePoolSize和maximumPoolSize自动维护线程池中的工作线程
当在线程池接收到新任务，并且当前工作线程数少于corePoolSize时，即使其他工作线程处于空闲状态，也会创建一个新线程来处理请求，直到线程数达到corePoolSize
如果当前工作线程数多于corePoolSize数，但小于maximumPoolSize数，那么仅当任务队列已满时才会创建新线程，设置corePoolSize和maximumPoolSize相同，可以创建一个固定大小的线程池
当maximumPoolSize被设置为无界值(Integer.MAX_VALUE)时，线程池可以接收任意数的并发任务
corePoolSize和maximumPoolSize不仅能在线程池构造时设置，也可以调用setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize()两个方法进行动态更改

2.2. BlockingQueue

实例用于暂时接收到的异步任务，当线程池核心线程都不可用，那么接收到的目标任务会缓存在该队列中

2.3. keepAliveTime

用于设置池内线程最大空闲时长，超过该时长非核心线程会被回收。如果池在使用过程中提交任务频率变高，也可以调用方法setKeepAliveTime(long, TimeUnit)进行线程存活时长的动态变更，如需防止空闲线程被终止，可以将空闲时长设置为无限大。默认情况下，空闲超时策略仅适用于存在超时corePoolSize线程的情况，若调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法，且传入了参数true，则keepAliveTime参数所设置的Idle超时策略也将被应用于核心线程

2.4. 向线程池提交任务的两种方式

调用execute()方法

void execute(Runnable command);

调用submit()方法

Future<?> submit(Runnable task);
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);

两个方法的区别如下：

1. 接收的参数不一样
   execute()方法只能接收Runnable类型的参数，而submit()方法可以接收Callable、Runnable两种类型的参数。Callable类型的任务是可以返回执行结果的，而Runnable类型的任务不可以返回执行结果
   Runnable和Callable的主要区别为：Callable允许有返回值，Runnable不允许有返回值；Runnable不允许抛出异常，Callable允许抛出异常
2. submit()提交任务后会有返回值，而execute()没有
   execute()方法主要用于启动任务的执行，submit()方法也用于启动任务的执行，启动之后会返回Future对象，表示一个异步执行实例，通过该异步执行实例去获取结果
3. submit()方便Exception处理
   execute()方法在启动任务执行后，不关心任务执行过程中可能发生的异常。而通过submit()方法返回的Future对象（异步执行实例），可以进行异步执行过程中的异常捕获

2.5. 线程池任务调度流程

1. 当前工作线程数小于核心线程数，优先创建任务线程，而不是从线程队列中获取一个空闲线程
2. 当池中任务数大于核心线程池数，新任务加入阻塞队列。核心线程数用完、阻塞队列没满时线程池不会创建新线程
3. 当完成任务时，优先从阻塞队列获取下一个任务，直到阻塞队列为空，所有缓存任务执行完成
4. 当核心线程数用完，阻塞队列已满，线程池接收到新任务，会创建一个非核心线程，并立即执行新任务
5. 当核心线程数用完，阻塞队列已满，线程总数超过maximumPoolSize，线程池会拒绝接收新任务，执行拒绝策略

2.6. ThreadFactory

ThreadFactory线程工厂只要一个方法

Thread newThread(Runnable r);

创建新线程时，可以更改所创建的新线程的名称、线程组、优先级、守护进程状态。使用Executors创建新的线程池时，也可以基于ThreadFactory创建，只需要指定ThreadFactory实例，如果没有指定会使用Executors.defaultThreadFactory默认实例，这样所创建的线程位于同一个ThreadGroup中，具有相同的NORM_PRIORITY(优先级为5)，且都为非守护进程状态

2.7. 阻塞队列

阻塞队列为空时会阻塞当前线程的元素获取操作，在一个线程从一个空的阻塞队列中获取元素时线程会被阻塞，直到阻塞队列中有了元素；当队列中有元素后，被阻塞的线程会自动被唤醒。
BlockingQueue是JUC包中的一个接口，常用的实现类有以下几种：
ArrayBlockingQueue：数组实现的有界阻塞队列，队列中的元素按FIFO排序，创建时必须设置大小，线程池任务超过corePoolSize时，任务缓存的数量只能为创建时设置的大小，若该阻塞队列已满，则会为新的任务创建线程，直到线程池中的线程总数大于maximumPoolSize
LinkedBlockingQueue：基于链表实现的阻塞队列，按FIFO排序任务，可以设置容量，默认为Integer.Max_VALUE，当接收的任务数超过corePoolSize时，新任务无限地缓存进该队列，直到资源耗尽，快捷创建线程池有两个方法Executors.newSingleThreadExecutor和Executors.newFixedThreadPool使用了这个队列，队列吞吐量高于ArrayBlockingQueue
PriorityBlockingQueue：具有优先级的无界队列
DelayQueue：无界阻塞延迟队列，基于PriorityBlockingQueue实现，队列中每个元素都有过期时间，当从队列获取元素时，只有已经过期的元素才会出队，队列头部的元素是过期最快的元素，Executors.newScheduledThreadPool所创建的线程池使用此队列
SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等到另一个线程的调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量高于LinkedBlockingQueue，Executors.newCachedThreadPool所创建的线程池使用此队列，不会保存提交的任务，而是直接新建一个线程来执行新来的任务

2.8. 拒绝策略

线程池的缓存队列为有界队列时，如果队列满了，提交新任务到线程池时会被拒绝，任务被拒绝通常有两种情况

1. 线程池已经被关闭
2. 工作队列已满且maximumPoolSize已满

常见的拒绝策略有如下几种：
AbortPolicy：拒绝策略
如果线程池队列满了，新任务就会被拒绝，且抛出RejectedExecutionException异常，线程池默认拒绝策略
DiscardPolicy：抛弃策略
如果线程池队列满了，新任务就会直接被丢弃，且不会抛出异常
DiscardOldestPolicy：抛弃最早任务策略
如果线程池队列满了，将最早进入队列(队列头)的任务抛弃，从队列中腾出空间，再尝试加入队列
CallerRunsPolicy：调用者执行策略
在新任务被添加进线程池时，如果添加失败，那么提交任务线程会自己去执行该任务，不会使用线程池中的线程去执行新任务
自定义策略
也可以自定义一个拒绝策略，只需要实现RejectedExecutionHandler接口的rejectedExecution方法即可

2.9. 线程池的五种状态

RUNNING：线程池创建之后的初始状态，此状态下可以执行任务
SHUTDOWN：该状态线程池不接受新任务，会将工作队列中的任务执行完毕
STOP：该状态线程池不接受新任务，也不处理工作队列中剩余任务，且将会中断所有工作线程
TIDYING：该状态所有任务都已终止或处理完成，将会执行terminated()钩子方法
TERMINATED：执行完terminated()钩子方法之后的状态
线程池状态转换规则

1. 线程池创建之后状态为RUNNING
2. 执行shutdown()实例方法，线程池状态从RUNNING转变为SHUTDOWN
3. 执行shutdownNow()实例方法，线程池状态从RUNNING转变为STOP
4. 线程池状态为SHUTDOWN时，执行hutdownNow()方法会将其状态转变为STOP
5. 线程池所有工作线程停止，工作队列清空后，状态从STOP转为TIDYING
6. 执行完terminated()钩子方法之后，线程池状态从TIDYING转变为TERMINATED

关闭线程池步骤如下：

1. 执行shutdown()方法，拒绝新任务的提交，并等待所有任务有序执行完毕
2. 执行awaitTermination(long timeout,TimeUnit unit)方法，指定超时时间，判断是否已经关闭所有任务，线程池关闭完成
3. 如果awaitTermination()方法返回false，或被中断，就调用shutDownNow()方法立即关闭线程池所有任务
4. 补充执行awaitTermination(long timeout,TimeUnit unit)方法，判断线程池是否关闭完成，如果超时，可以进入循环关闭，循环一定的次数，不断关闭线程池，直到其关闭或循环结束

2.10. 确定线程池线程数

按照任务类型对线程池可以分为三类
IO密集型任务
主要是执行IO操作，由于执行IO操作时间较长，导致CPU利用率不高，CPU常处于空闲状态，Netty的IO读写操作为此类任务
核心线程池数 = CPU核数 * 2
CPU密集型任务
主要执行计算任务，由于响应时间快，CPU一直在运行，CPU利用率高
核心线程数 = CPU核心数 + 1
多出一个线程是为了防止线程偶发的缺页中断，或其他原因导致的任务暂停而带来的影响
混合型任务
既要执行逻辑计算，又要进行IO操作，由于执行IO操作耗时较长，CPU利用率也不高，Web服务器的HTTP请求处理操作为此类任务
核心线程数 = (线程等待时长与线程CPU时长之比 + 1) * CPU核数