線程和線程池理解
關於線程和線程池的學習，我們可以從以下幾個方面入手：
第一，什么是線程，線程和進程的區別是什么
第二，線程中的基本概念，線程的生命周期
第三，單線程和多線程
第四，線程池的原理解析
第五，常見的幾種線程池的特點以及各自的應用場景
一、什么是線程，線程和進程的區別是什么
首先，進程是一個動態的過程，是一個活動的實體，簡單來說，一個應用程序的運行就可以看作是一個進程。而線程，是運行中實際任務的執行者。可以說，進程中包含了多個可以同時運行的線程。
二、什么是線程的生命周期
第一階段新建，用new Thread() 方法創建一個新線程。
第二階段就緒，調用線程的start() 方法，線程進入就緒(Runnable)狀態，此時創建出來的線程進入搶占CPU資源的狀態，誰先搶到CPU資源，誰先開始執行。
第三階段運行，當線程搶到了CPU的執行權后，線程就進入了運行（Running）狀態，此時會執行run()方法來實現線程的操作和功能。
第四階段阻塞，在運行過程中，可能因為某些原因導致運行狀態的線程進入阻塞狀態，第一種，當線程主動調用了sleep()狀態時，線程會進入阻塞狀態，當睡眠時常過去后，就會自動進入就緒狀態。還有一種當線程進入正在等待wait()某個通知，會進入阻塞狀態，直到線程獲取notify（）/notifyAll（）消息，線程才會進入就緒狀態。第三種線程在等待某個輸入輸出流的完成。第四種在某個對象調用synchronized同步控制。那么，為什么會有阻塞狀態出現呢？我們都知道,CPU的資源是十分寶貴的，所以，當線程正在進行某種不確定時長的任務時，Java就會收回CPU的執行權，從而合理應用CPU的資源。
第五階段銷毀，如果線程正常執行完畢，或非常態的調用stop()方法強制性中止，或出現異常導致結束，那么線程就要被銷毀釋放資源。
三、什么是單線程和多線程
單線程顧名思義是只有一條線程在執行任務，在工作中很難遇到。多線程則是創建多條線程同時執行任務，在多線程的使用過程中，還有許多需要我們了解的概念。比如，在理解上串行，並行和並發的區別，以及在實際應用的過程中多線程的安全問題，對此，我們需要進行詳細的了解。
串行，並行，並發：
串行：多個任務，執行時一個執行完再執行另一個。 比喻：吃完飯再看視頻。
並發：多個線程在單個核心運行，同一時間一個線程運行，系統不停的切換線程，看起來是同時運行，實際上是系統不停的切換。比喻：一會跑去吃飯，一會去看電視。
並行：每個線程分配獨立的核心，線程同時運行。比喻：一邊吃飯一邊看電視。
在單CPU系統中，系統調度在某一時刻只能讓一個線程運行，調度機制有多種形式，一般是以時間片輪詢的方式。這種不斷切換需要運行的線程讓其運行就叫並發（concurrent）。而在多CPU系統中，可以讓兩個以上的線程同時運行，這就叫作並行（parallel）。
並發是有狀態的，“具有可論證的確定性，但是實際上具有不可確定性”；"並發"在微觀上不是同時執行的，只是把時間分成若干段，使多個進程快速交替的執行，從宏觀外來看，好像是這些進程都在執行。使用多個線程可以幫助我們在單個處理系統中實現更高的吞吐量，如果一個程序是單線程的，這個處理器在等待一個同步I/O操作完成的時候，他仍然是空閑的。在多線程系統中，當一個線程等待I/O的同時，其他的線程也可以執行。
異步與多線程：
異步和多線程並不是同一關系，異步是最終目的，多線程只是我們實現異步的一種手段。異步是調用者發送一個請求給被調用者，而調用者不用等待請求結果的返回，可以去做其他事。實現異步可以使用多線程或交給其他進程來處理。
1）多線程實現異步的好處，因為異步代碼比較難以實現，多線程相對容易，但多線程本質是同步，效率上比不上異步。
2）多線程和異步都可以實現避免線程堵塞的問題，從而提高軟件的可響應性。
3）異步操作的本質：所有的程序最終都會由計算機硬件來執行，所以為了更好的理解異步操作的本質，我們有必要了解一下它的硬件基礎。 熟悉電腦硬件的朋友肯定對DMA這個詞不陌生，硬盤、光驅的技術規格中都有明確DMA的模式指標，其實網卡、聲卡、顯卡也是有DMA功能的。DMA就是直接內存訪問的意思，也就是說，擁有DMA功能的硬件在和內存進行數據交換的時候可以不消耗CPU資源。只要CPU在發起數據傳輸時發送一個指令，硬件就開始自己和內存交換數據，在傳輸完成之后硬件會觸發一個中斷來通知操作完成。這些無須消耗CPU時間的I/O操作正是異步操作的硬件基礎。所以即使在DOS這樣的單進程（而且無線程概念）系統中也同樣可以發起異步的DMA操作。
4）線程的本質：線程不是一個計算機硬件的功能，二十操作系統提供的一種邏輯功能，線程的本質是進程中一段並發運行的代碼，所以線程需要操作系統提供CPU資源來進行運行和調度。
5）異步操作的優缺點：因為異步操作無需額外的線程負擔，並且使用回調的方式進行處理，在設計良好的情況下，處理函數可以不用使用共享變量（即使無法完全不用，最起碼可以減少共享變量的數量），減少死鎖的可能性。當然異步操作也並非完美無暇。編寫異步操作的復雜程度較高，程序主要使用回調方式進行處理，與普通人的思維方式有些初入，而且難以調試。
6）多線程的優缺點：多線程的優點很明顯，線程中的處理程序依然是順序執行，符合普通人的思維習慣，所以編程簡單。但是多線程的缺點也同樣明顯，線程的使用（濫用）會給系統帶來上下文切換的額外負擔。並且線程間的共享變量可能造成死鎖的出現。
7）適用范圍:我認為：當需要執行I/O操作時，使用異步操作比使用線程+同步I/O操作更合適。I/O操作不僅包括了直接的文件、網絡的讀寫，還包括數據庫操作、Web Service、HttpRequest以及.Net Remoting等跨進程的調用。而線程的適用范圍則是那種需要長時間CPU運算的場合，例如耗時較長的圖形處理和算法執行。但是往往由於使用線程編程的簡單和符合習慣，所以很多朋友往往會使用線程來執行耗時較長的I/O操作。這樣在只有少數幾個並發操作的時候還無傷大雅，如果需要處理大量的並發操作時就不合適了。
多核下線程數量選擇
計算密集型
- 程序主要為復雜的邏輯判斷和復雜的運算。
- cpu的利用率高，不用開太多的線程，開太多線程反而會因為線程切換時切換上下文而浪費資源。
IO密集型
- 程序主要為IO操作，比如磁盤IO(讀取文件)和網絡IO(網絡請求)。
- 因為IO操作會阻塞線程，cpu利用率不高，可以開多點線程，阻塞時可以切換到其他就緒線程，提高cpu利用率。
總結
- 提高性能的一種方式：提高硬件水平，處理速度或核心數。
- 另一種方式：根據實際場景，合理設置線程數，軟件上提高cpu利用率。
四、線程池的原理解析
從以上介紹我們可以看出在一個應用程序中，我們需要多次使用線程，也就意味着，我們需要多次創建和銷毀線程。而創建和銷毀線程的過程勢必消耗內存，在Java中內存資源是十分寶貴的，因此我們提出線程池的概念。
線程池：線程池是一種多線程的處理形式，處理過程中將任務添加到隊列，然后在創建線程后自動啟動這些任務。
如何創建線程池？Java中提供了創建線程池的一個類Executor
而我們創建時一般使用其子類ThreadPoolExecutor。
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler)
這是其中最重要的一個構造方法，這個方法決定了創建出來的線程池的各種屬性，下面依靠一張圖來更好的理解線程池和這幾個參數：
從圖中我們可以看出，線程池中的corePoolSize就是線程池中的核心線程數，這幾個核心線程，在沒有用時也不會被回收。maximumPoolSize就是線程池中可容納的最大線程數，而KeepAliveTime就是線程池除核心線程外其他線程最長可保留時間，因為在線程池中，除了核心線程其他線程都有存活時間能被清除。Util就是計算這個時間的單位。workQueue就是等待隊列，任務可以存儲在任務隊列中等待被執行，執行是先進先出原則。threadFactory這是創建線程的線程工廠，最后一個handler是拒絕策略，我們可以在任務滿了之后，拒絕執行某些任務。
線程池的執行流程又是怎樣的呢？
由圖我們可以看出，任務進來時，首先執行判斷，判斷核心線程是否處於空閑狀態，如果不是，核心線程就先就執行任務，如果核心線程已滿，則判斷任務隊列是否有地方存放該任務，若果有，就將任務保存在任務隊列中，等待執行，如果滿了，在判斷最大可容納的線程數，如果沒有超出這個數量，就開創非核心線程執行任務，如果超出了，就調用handler實現拒絕策略。
handler的拒絕策略：
有四種：
1. AbortPolicy: 不執行任務，直接拋出異常，提示線程池已滿
2. DisCardPolicy: 不執行新任務，也不拋出異常
3. DisCardOldSetPolicy: 將消息隊列中的第一個任務替換替換為當前新進來的任務執行
4. CallerRunPolicy: 直接調用execute來執行當前任務
五、四種常見的線程池
1. CachedThreadPool: 可緩存的線程池，該線程池中沒有核心線程，非核心線程的數量為Integer.max_value，就是無限大，當有需要時創建線程來執行任務，沒有需要時回收線程，適用於耗時少，任務量大的情況。
2. ScheduledThreadPool: 周期性執行任務的線程池，按照某種特定的計划執行線程中的任務，有核心線程，但也有非核心線程，非核心線程的大小也為無限大。適用於執行周期性的任務。
3. SingleThreadPool: 只有一條線程來執行任務，適用於有順序的任務的應用場景。
4. FixedThreadPool: 定長的線程池，有核心線程，核心線程即為最大的線程數量，沒有非核心線程。當前的線程數能夠比較穩定保證一個數。能夠避免頻繁回收線程和創建線程。故適用於處理cpu密集型的任務，確保cpu在長期被工作線程使用的情況下，盡可能少的分配線程，即適用長期的任務。