0 前言
某天小奈与小伙伴肥宅埋的日常技(cai)术(ji)研(hu)讨(zhuo)中聊起了线程池。
自诩十分熟悉并发编程的小奈马上侃侃而谈，“线程池帮助我们管理线程，减少线程频繁创建与销毁资源损耗.....balabla”。小奈说起这些，周围的人便都看着他笑。
肥宅埋叫道，“小奈，那你可知道线程池是怎么实现的吗？”，小奈没有回答，对柜里说，“温两碗酒，要一碟茴香豆。”便排出九文大钱。
肥宅埋又故意的高声嚷道，“你一定没看过线程池的源码！”
小奈睁大眼睛说，“你怎么这样凭空污人清白……”。
“什么清白？我前天亲眼见你手里捧着《Java并发编程实战》，刚看完不久就出来吹水。”
小奈便涨红了脸，额上的青筋条条绽出，争辩道，“刚看完的知识不能算吹……吹水！……读书人的事，能算吹么？”接连便是难懂的话，什么“线程池的四种创建方式”，什么“计算密集型和IO密集型线程池大小”之类，引得众人都哄笑起来：店内外充满了快活的空气。
“那你看过线程池的源码嘛？”小奈不落下风，不料这一句话也将肥宅埋呛住。“既然大家都没看过，那就按照自己的理解来实现一个吧。”这个提议一出马上得到了肥宅埋的赞同。
小奈顺势就地拿出了电脑，打开 IDE，准备开始编写线程池。
1 线程的复用
“首当其冲的问题就是，如何复用线程。”肥宅埋直戳本质，虽然肥宅埋知道要去达到复用线程的复用，但是这如何实现却是伤了脑筋。她只好以退为进，先抛出自己的见解，看对方如何应对。
小奈也考虑到了这个问题，不过这个难不倒自诩熟悉并发编程的小奈。小奈冷静分析，稍加思索，嘤......第一版线程池就出来了：
public class ThreadPoolExecutor { private final BlockingQueue workQueue = new LinkedBlockingQueue<>();
private final Runnable runnable = () -> { try { while (true) { Runnable take = workQueue.poll();
if (take == null) { Thread.sleep(200); } else { take.run(); } } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } };
public ThreadPoolExecutor() { new Thread(runnable).start(); }
public void execute(Runnable command) { workQueue.offer(command); }}
肥宅埋过了一眼，很快就发现其中玄妙之处：在小奈的 ThreadPoolExecutor 中，定制了一套 runnable 流程，负责不断从 workQueue 这个队列中拉取由 #execute 方法提交过来的任务，并执行其 run() 方法。这样，无论提交过来多少个任务，始终都是这个线程池内置的线程在执行任务。当获取不到任务的时候，线程池会自己进入休眠状态。
2
worker线程的自动创建、销毁以及最大 worker 数
“虽然这达到了线程复用，但是你的这个线程完全没办法自动创建和销毁啊？甚至它的线程池数量都是不可控制的。”肥宅埋虽然感叹于对方可以这么快实现线程复用，但还是持续展开攻势。
“既然要实现线程池可控，最直截了当的想法便是将方才的那套 runnable 流程封装成一个对象，我们只需控制这个对象的创建、销毁、以及复用即可。”作为一只长期浸泡在 OOP 思维中的程序媛，这种问题难不倒小奈。她很快就写出了一个内部类，叫做 Worker，其中 #runWorker(this); 就是刚才那个 runnable 流程，负责不断从队列中获取任务，并调用它的 #run() 方法。
private final class Worker implements Runnable {
final Thread thread;
Runnable firstTask;
Worker(Runnable firstTask) { this.firstTask = firstTask; this.thread = threadFactory.newThread(this); }
@Override public void run() { runWorker(this); } }
小奈为后续将要完成的 worker 线程数量控制打下了基石：ThreadPoolExecutor 中增加了一个散列集，用于存放 worker，增加了一个 ThreadFactory，供使用者定制化 worker 线程的创建。
其中比较核心的方法叫做 #addWorker()，负责创建并初始化 worker 线程，并将其纳入散列集中管理。当然，这个线程池还无法自动创建，不过已经可以自动销毁了。可以看到，在拉取不到任务时，#getTask() 则返回空，会跳出 #runWorker() 的 while 循环，之后调用 #processWorkerExit();，将 worker 线程从散列集中移除。
public class ThreadPoolExecutor {
private final HashSet workers = new HashSet<>();
private volatile ThreadFactory threadFactory;
private final BlockingQueue workQueue;
public ThreadPoolExecutor(BlockingQueue workQueue, ThreadFactory threadFactory) { this.threadFactory = threadFactory; this.workQueue = workQueue; }
public void execute(Runnable command) { workQueue.offer(command); }
private boolean addWorker(Runnable firstTask) { Worker w = new Worker(firstTask); final Thread t = w.thread; if (t != null) { workers.add(w); t.start(); } return true; }
private void runWorker(Worker w) { Runnable task = w.firstTask; w.firstTask = null; while (task != null || (task = getTask()) != null) { task.run(); }
processWorkerExit(w); }
private void processWorkerExit(Worker w) { workers.remove(w); }
private Runnable getTask() { return workQueue.poll(); }}
看到这里，肥宅埋已经能预测到接下来的思路了。
线程池需要加入一个变量 maximumPoolSize，以防无限创建线程，每次进行 #addWorker() 时，需要判断一下是否可以继续添加 worker，如果可以，则添加新的 worker，否则将任务丢入队列：
#addWorker() 中加入拒绝的逻辑，确保不能无限创建 worker。
再修改一下 #execute() 方法，优先创建 worker，如果创建 worker 失败（ workers.size() >= maximumPoolSize），则直接将任务丢入队列。
public void execute(Runnable command) { if (addWorker(command)) { return; } workQueue.offer(command); }
private boolean addWorker(Runnable firstTask) { int ws = workers.size(); if (ws >= maximumPoolSize) { return false; }
Worker w = new Worker(firstTask); final Thread t = w.thread; if (t != null) { workers.add(w); t.start(); } return true; }
3
核心线程、最大线程与 keepAliveTime
已经写到这里小奈可谓是趾高气扬，仿佛实现一个线程池已经不在话下。
“这样貌似有点问题啊？虽然说你已经实现了线程的动态创建与销毁，但在任务没有那么紧凑的情况下，基本是每个任务都进来都需要创建一次线程，再销毁一次线程，说好的复用到哪里去了？”肥宅埋给了膨胀的小奈当头一棒。
“咳咳......嘛，销毁的时候做一下判断就可以了，我们加入一个新的变量，叫做 keepAliveTime，当拿不到任务的时候，就进行阻塞休眠，比如 20ms，每次对 keepAliveTime 减 20ms，直到小于等于 0 ，再销毁线程。”小奈反应迅速，很快给出了答案，并准备动手对线程池进行改动。
肥宅埋叹了一口气，“我看你是被膨胀蒙蔽了双眼，既然我们已经使用了阻塞队列，那么就可以充分利用阻塞队列的特性！阻塞队列中内置了一个显式锁，利用锁的 condition 对象，使用它的 #awaitNanos() 与 #notify() 方法，就可以直接精准地实现线程调度了。”毕竟肥宅埋也是一只学霸，听到小奈的想法后提出了更具有建设性的设计。
小奈也很快反应过来，阻塞队列有一个 #poll() 方法，底层是借助 condition 对象封装的 LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout); 来实现的，会阻塞直到有新的元素加入，当有新的元素加入，这个 condition 就会被唤醒，来实现 当调用阻塞队列的 #poll() 时，如果阻塞队列为空，会进行一段时间的休眠，直到被唤醒，或者休眠超时。
肥宅埋一手接管了改造线程池的大权，马上大刀阔斧地改了起来。
改动十分简单，原先的 #getTask() 是直接调用阻塞队列的 #take() 方法，如果队列为空，则直接返回，只要将其改为 #poll 方法即可。
private Runnable getTask() { boolean timedOut = false; while (true) { try { if (timedOut) { return null; }
Runnable r = workQueue.poll(keepAliveTime, unit); if (r != null) { return r; } else { timedOut = true; } } catch (InterruptedException e) { timedOut = false; } } }
“一般来说，我们的任务提交都不会太过于均匀，如果我们平常不需要那么多线程来消费，但又想避免任务一直被堆积导致某些任务迟迟不被消费，就需要引入**核心线程 corePoolSize ** 与 **最大线程 maximumPoolSize ** 的概念。”肥宅埋想到了一个简单的可以优化的点，头头是道地分析道：“我们可以不用做那么复杂的动态 worker 消费池，最简单的，如果我们的阻塞队列满了，就继续创建更多的线程池，这样，堆积的任务能比以往更快速的降下来。”
说起来好像复杂，实际上代码十分简单。小奈看见肥宅埋修改了 #addWorker() 方法，增加了一个参数 core，其作用只有一个，如果是核心线程，则创建时，数量必须小于等于 corePoolSize，否则数量必须小于等于 maximumPoolSize。
另外， #execute() 方法的改动也十分简单，前面的改动不大，主要是，当任务 #offer() 失败后，创建非核心 worker 线程。
public void execute(Runnable command) { if (getPoolSize() < corePoolSize) { if (addWorker(command, true)) { return; } }
if (!workQueue.offer(command)) { addWorker(command, false); } }
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) { int ws = workers.size(); if (ws >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)) { return false; }
Worker w = new Worker(firstTask); final Thread t = w.thread; if (t != null) { workers.add(w); t.start(); } return true; }
4
拒绝策略
“现在这个版本的线程池看起来真是有模有样呢 ~ 可以动态创建与销毁线程，线程也能复用，还可以动态增加更多的线程来消费堆积的线程！” 肥宅埋满意地看着两人的杰作，“其实我还发现有个地方不太友好，在推送任务时，调用方可能并不知道自己的任务是否失败。”
“这个简单鸭，只需要在调用 #execute() 时返回 flase 来代表添加失败，或者抛出对应的异常即可。”小奈给出了很直观的设计。
“这确实不失为一个好方法，但是对于调用方来说，如果所有使用线程池的地方都需要去做这个判断，那岂不是太麻烦了！”肥宅埋对方案进行了补充：“这个是面向切面编程的一种思想，我们可以提供一个如何处理这些队列已经放不下，且无法创建更多消费线程的切面入口，就叫它 AbortPolicy 吧！”
肥宅埋修改了一下 #execute() 方法，如果在创建非核心线程池的时候失败，就直接将任务拒绝掉。
