以前，我總覺得的買一件東西，做一件事，或者從某一個時間節點開始，我的生命就會發生轉折，一切就會無比順利，立馬變厲害。但是，事實上並不是如此。我不可能馬上變厲害，也不可能一口吃成一個胖子。看一篇文章也不能讓你從此走上人生巔峰，越來越相信，這是一個長期的過程，只有量變引起質變，縱使緩慢，馳而不息。
如何設計一個線程池？
三個步驟
這是一個常見的問題，如果在比較熟悉線程池運作原理的情況下，這個問題並不難。設計實現一個東西，三步走：是什么？為什么？怎么做？
線程池是什么？
線程池使用了池化技術，將線程存儲起來放在一個 "池子"（容器）里面，來了任務可以用已有的空閑的線程進行處理， 處理完成之后，歸還到容器，可以復用。如果線程不夠，還可以根據規則動態增加，線程多余的時候，亦可以讓多余的線程死亡。
為什么要用線程池？
實現線程池有什么好處呢？
- 降低資源消耗：池化技術可以重復利用已經創建的線程，降低線程創建和銷毀的損耗。
- 提高響應速度：利用已經存在的線程進行處理，少去了創建線程的時間
- 管理線程可控：線程是稀缺資源，不能無限創建，線程池可以做到統一分配和監控
- 拓展其他功能：比如定時線程池，可以定時執行任務
需要考慮的點
那線程池設計需要考慮的點：
-
線程池狀態：
- 有哪些狀態？如何維護狀態？
-
線程
- 線程怎么封裝？線程放在哪個池子里？
- 線程怎么取得任務？
- 線程有哪些狀態？
- 線程的數量怎么限制？動態變化？自動伸縮？
- 線程怎么消亡？如何重復利用？
-
任務
- 任務少可以直接處理，多的時候，放在哪里？
- 任務隊列滿了，怎么辦？
- 用什么隊列？
如果從任務的階段來看，分為以下幾個階段：
- 如何存任務？
- 如何取任務？
- 如何執行任務？
- 如何拒絕任務？
線程池狀態
狀態有哪些？如何維護狀態？
狀態可以設置為以下幾種：
- RUNNING：運行狀態，可以接受任務，也可以處理任務
- SHUTDOWN：不可以接受任務，但是可以處理任務
- STOP：不可以接受任務，也不可以處理任務，中斷當前任務
- TIDYING：所有線程停止
- TERMINATED：線程池的最后狀態
各種狀態之間是不一樣的，他們的狀態之間變化如下：
而維護狀態的話，可以用一個變量單獨存儲，並且需要保證修改時的原子性，在底層操作系統中，對int的修改是原子的，而在32位的操作系統里面，對double,long這種64位數值的操作不是原子的。除此之外，實際上JDK里面實現的狀態和線程池的線程數是同一個變量，高3位表示線程池的狀態，而低29位則表示線程的數量。
這樣設計的好處是節省空間，並且同時更新的時候有優勢。
線程相關
線程怎么封裝？線程放在哪個池子里？
線程，即是實現了Runnable接口，執行的時候，調用的是start()方法，但是start()方法內部編譯后調用的是 run() 方法，這個方法只能調用一次，調用多次會報錯。因此線程池里面的線程跑起來之后，不可能終止再啟動，只能一直運行着。既然不可以停止，那么執行完任務之后，沒有任務過來，只能是輪詢取出任務的過程
線程可以運行任務，因此封裝線程的時候，假設封裝成為 Worker, Worker里面必定是包含一個 Thread,表示當前線程，除了當前線程之外，封裝的線程類還應該持有任務，初始化可能直接給予任務，當前的任務是null的時候才需要去獲取任務。
可以考慮使用 HashSet 來存儲線程，也就是充當線程池的角色，當然，HashSet 會有線程安全的問題需要考慮，那么我們可以考慮使用一個可重入鎖比如 ReentrantLock，凡是增刪線程池的線程，都需要鎖住。
private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();
線程怎么取得任務？
（1）初始化線程的時候可以直接指定任務，譬如Runnable firstTask，將任務封裝到 worker 中，然后獲取 worker 里面的 thread，thread.run()的時候，其實就是 跑的是 worker 本身的 run() 方法，因為 worker 本身就是實現了 Runnable 接口，里面的線程其實就是其本身。因此也可以實現對 ThreadFactory 線程工廠的定制化。
private final class Worker
extends AbstractQueuedSynchronizer
implements Runnable
{
final Thread thread;
Runnable firstTask;
...
Worker(Runnable firstTask) {
setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
this.firstTask = firstTask;
// 從線程池創建線程，傳入的是其本身
this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}
}
（2）運行完任務的線程，應該繼續取任務，取任務肯定需要從任務隊列里面取，要是任務隊列里面沒有任務，由於是阻塞隊列，那么可以等待，如果等待若干時間后，仍沒有任務，倘若該線程池的線程數已經超過核心線程數，並且允許線程消亡的話，應該將該線程從線程池中移除，並結束掉該線程。
取任務和執行任務，對於線程池里面的線程而言，就是一個周而復始的工作，除非它會消亡。
線程有哪些狀態？
現在我們所說的是Java中的線程Thread,一個線程在一個給定的時間點，只能處於一種狀態，這些狀態都是虛擬機的狀態，不能反映任何操作系統的線程狀態，一共有六種/七種狀態：
-
NEW：創建了線程對象，但是還沒有調用Start()方法，還沒有啟動的線程處於這種狀態。 -
Running：運行狀態，其實包含了兩種狀態，但是Java線程將就緒和運行中統稱為可運行Runnable：就緒狀態：創建對象后，調用了start()方法，該狀態的線程還位於可運行線程池中，等待調度，獲取CPU的使用權- 只是有資格執行，不一定會執行
start()之后進入就緒狀態，sleep()結束或者join()結束，線程獲得對象鎖等都會進入該狀態。CPU時間片結束或者主動調用yield()方法，也會進入該狀態
Running：獲取到CPU的使用權（獲得CPU時間片），變成運行中
-
BLOCKED：阻塞，線程阻塞於鎖，等待監視器鎖，一般是Synchronize關鍵字修飾的方法或者代碼塊 -
WAITING：進入該狀態，需要等待其他線程通知（notify）或者中斷，一個線程無限期地等待另一個線程。 -
TIMED_WAITING：超時等待，在指定時間后自動喚醒，返回，不會一直等待 -
TERMINATED：線程執行完畢，已經退出。如果已終止再調用start()，將會拋出java.lang.IllegalThreadStateException異常。
線程的數量怎么限制？動態變化？自動伸縮？
線程池本身，就是為了限制和充分使用線程資的，因此有了兩個概念：核心線程數，最大線程數。
要想讓線程數根據任務數量動態變化，那么我們可以考慮以下設計（假設不斷有任務）：
- 來一個任務創建一個線程處理，直到線程數達到核心線程數。
- 達到核心線程數之后且沒有空閑線程，來了任務直接放到任務隊列。
- 任務隊列如果是無界的，會被撐爆。
- 任務隊列如果是有界的，任務隊列滿了之后，還有任務過來，會繼續創建線程處理，此時線程數大於核心線程數，直到線程數等於最大線程數。
- 達到最大線程數之后，還有任務不斷過來，會觸發拒絕策略，根據不同策略進行處理。
- 如果任務不斷處理完成，任務隊列空了，線程空閑沒任務，會在一定時間內，銷毀，讓線程數保持在核心線程數即可。
由上面可以看出，主要控制伸縮的參數是核心線程數，最大線程數,任務隊列,拒絕策略。
線程怎么消亡？如何重復利用？
線程不能被重新調用多次start()，因此只能調用一次，也就是線程不可能停下來，再啟動。那么就說明線程復用只是在不斷的循環罷了。
消亡只是結束了它的run()方法，當線程池數量需要自動縮容的，就會讓一部分空閑的線程結束。
而重復利用，其實是執行完任務之后，再去去任務隊列取任務，取不到任務會等待，任務隊列是一個阻塞隊列，這是一個不斷循環的過程。
任務相關
任務少可以直接處理，多的時候，放在哪里？
任務少的時候，來了直接創建，賦予線程初始化任務，就可開始執行，任務多的時候，把它放進隊列里面，先進先出。
任務隊列滿了，怎么辦？
任務隊列滿了，會繼續增加線程，直到達到最大的線程數。
用什么隊列？
一般的隊列，只是一個有限長度的緩沖區，要是滿了，就不能保存當前的任務，阻塞隊列可以通過阻塞，保留出當前需要入隊的任務，只是會阻塞等待。同樣的，阻塞隊列也可以保證任務隊列沒有任務的時候，阻塞當前獲取任務的線程，讓它進入wait狀態，釋放cpu的資源。因此在線程池的場景下，阻塞隊列其實是比較有必要的。
【作者簡介】：
秦懷，公眾號【秦懷雜貨店】作者，技術之路不在一時，山高水長，縱使緩慢，馳而不息。這個世界希望一切都很快，更快，但是我希望自己能走好每一步，寫好每一篇文章，期待和你們一起交流。如果有幫助，順手點個贊，對我，是莫大的鼓勵和認可。