线程的几种状态
其状态总共有 5 种
1.初始状态：线程已被创建，但是还不被允许分配CPU执行。注意，这个被创建其实是属于编程语言层面的，实际在操作系统里，真正的线程还没被创建， 比如 Java 语言中的 new Thread()。
2.可运行状态：线程可以分配CPU执行，这时，操作系统中线程已经被创建成功了
3.运行状态：操作系统会为处在可运行状态的线程分配CPU时间片，被 CPU 临幸后，处在可运行状态的线程就会变为运行状态
4.休眠状态：如果处在运行状态的线程调用某个阻塞的API或等待某个事件条件可用，那么线程就会转换到休眠状态，注意：此时线程会释放CPU使用权，休眠的线程永远没有机会获得CPU使用权，只有当等待事件出现后，线程会从休眠状态转换到可运行状态
5.终止状态：线程执行完或者出现异常 (被interrupt那种不算的哈，后续会说)就会进入终止状态，正式走到生命的尽头，没有起死回生的机会。
线程生命周期
在 Thread 的源码中，定义了一个枚举类 State，里面清晰明了的写了Java语言中线程的6种状态：
1.NEW
2.RUNNABLE
3.BLOCKED
4.WAITING
5.TIMED_WAITING
6.TERMINATED
Java 语言中
将通用线程状态的可运行状态和运行状态合并为 Runnable，将休眠状态细分为三种 (BLOCKED/WAITING/TIMED_WAITING); 反过来理解这句话，就是这三种状态在操作系统的眼中都是休眠状态，同样不会获得CPU使用权，进一步简洁的说，除去线程生死，我们只要玩转 RUNNABLE 和休眠状态的转换就可以了，编写并发程序也多数是这两种状态的转换。所以我们需要了解，有哪些时机，会触发这些状态转换
如何查看线程处在什么状态
Thread 类中同样存在 getState() 方法用于查看当前线程状态，该方法就是返回上面提到的枚举类 State
通过继承 Thread 或实现 Runnable 接口定义线程后，这时的状态都是 NEW
Thread thread = new Thread(() -> {});
System.out.println(thread.getState());
调用了 start() 方法之后，线程就处在 RUNNABLE 状态了
Thread thread = new Thread(() -> {});
thread.start();
//Thread.sleep(1000);
System.out.println(thread.getState());
等待 synchronized 内置锁，就会处在 BLOCKED 状态
调用线程的 join() 等方法，从 RUNNABLE 变为 WAITING 状态
调用了 sleep(long) 等方法，线程从 RUNNABLE 变为 TIMED-WAITING 状态
线程执行完自然就到了 TERMINATED 状态了
创建一个线程的过程
1.为一个线程栈分配内存，该栈为每个线程方法调用保存一个栈帧
2.每一栈帧由一个局部变量数组、返回值、操作数堆栈和常量池组成
3.一些支持本机方法的 jvm 也会分配一个本机堆栈
4.每个线程获得一个程序计数器，告诉它当前处理器执行的指令是什么
5.系统创建一个与Java线程对应的本机线程
6.将与线程相关的描述符添加到JVM内部数据结构中
7.线程共享堆和方法区域
为什么要用线程池
手动创建线程的缺点：
1.不受控风险
系统资源有限，每个人针对不同业务都可以手动创建线程，并且创建标准不一样（比如线程没有名字）。当系统运行起来，所有线程都在疯狂抢占资源，内存被无情榨干耗尽，无组织无纪律，混乱场面可想而知（出现问题，自然也就不可能轻易的发现和解决）
2.频繁创建开销大
过多的线程自然也会引起上下文切换的开销，平均每个线程大概需要 1M 左右的大小，频繁手动创建/销毁线程的代价是非常巨大的。
所以尽量避免手动创建线程，应使用线程池统一管理线程
线程池的好处
- 降低资源的消耗
通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁所造成的消耗 - 提高响应速度
当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行 - 提高线程的可管理性
线程是稀缺资源，如果无限制地创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一分配管理、调优和监控，控制最大并发数。 - 能自定义实现任务线程队列缓存策略和拒绝机制
- 实现某些功能，如定时执行，周期执行等
- 隔离线程环境，比如，交易服务和搜索服务在同一台服务器上，分别开启两个线程池，交易线程的资源消耗明显要大。因此，通过配置独立的线程池，将较慢的交易服务与搜索服务个离开，避免个服务线程互相影响。
线程池使用思想/注意事项
ThreadPoolExecutor 提供了四种拒绝策略：
1.AbortPolicy：默认的拒绝策略，会 throw RejectedExecutionException 拒绝
2.CallerRunsPolicy：提交任务的线程自己去执行该任务
3.DiscardOldestPolicy：丢弃最老的任务，其实就是把最早进入工作队列的任务丢弃，然后把新任务加入到工作队列
4.DiscardPolicy：相当大胆的策略，直接丢弃任务，没有任何异常抛出
不能忽略的线程池拒绝策略，禁止使用Executors创建线程池
举个例子
假如有一个工厂，工厂里面有10个工人，每个工人同时只能做一件任务。
因此只要当10个工人中有工人是空闲的，来了任务就分配给空闲的工人做；
当10个工人都有任务在做时，如果还来了任务，就把任务进行排队等待；
如果说新任务数目增长的速度远远大于工人做任务的速度，那么此时工厂主管可能会想补救措施，比如重新招4个临时工人进来；
然后就将任务也分配给这4个临时工人做；
如果说着14个工人做任务的速度还是不够，此时工厂主管可能就要考虑不再接收新的任务或者抛弃前面的一些任务了。
当这14个工人当中有人空闲时，而新任务增长的速度又比较缓慢，工厂主管可能就考虑辞掉4个临时工了，只保持原来的10个工人，毕竟请额外的工人是要花钱的。
Java通过Executors提供四种线程池，分别为：
newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。
执行任务,其实只是把任务加入任务队列，什么时候执行有线程池管理器决定
public void execute(Runnable task) {
synchronized (taskQueue) {
taskQueue.add(task);
taskQueue.notify();
}
}
批量执行任务,其实只是把任务加入任务队列，什么时候执行有线程池管理器决定
public void execute(Runnable[] task) {
synchronized (taskQueue) {
for (Runnable t : task)
taskQueue.add(t);
taskQueue.notify();
}
}
批量执行任务,其实只是把任务加入任务队列，什么时候执行有线程池管理器决定
public void execute(List<Runnable> task) {
synchronized (taskQueue) {
for (Runnable t : task)
taskQueue.add(t);
taskQueue.notify();
}
}
当提交一个新任务到线程池时，线程池的处理流程为：
1). 线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。
如果不是，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务，则进入下个流程。
2). 线程池判断工作队列是否已经满。
如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了，则进入下个流程。
3). 线程池判断线程池的线程是否都处于工作状态。
如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了，则交给饱和策略来处理这个任务。
1). 如果当前运行的线程少于corePoolSize，则创建新线程来执行任务（注意，执行这一步骤需要获取全局锁）
2). 如果运行的线程等于或多于corePoolSize，则将任务加入BlockingQueue。
3). 如果无法将任务加入BlockingQueue（队列已满），则创建新的线程来处理任务（注意，执行这一步骤需要获取全局锁）。
4). 如果创建新线程将使当前运行的线程超出maximumPoolSize，任务将被拒绝，并调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法。
源码分析。上面的流程分析让我们很直观的了解的线程池的工作原理，让我们再通过源代码来看看是如何实现的。线程池执行任务的方法如下：
public void execute(Runnable command) {
if (command == null) throw new NullPointerException();
// 如果线程数小于基本线程数，则创建线程并执行当前任务
if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {
// 如果线程数大于等于基本线程数或线程创建失败，则将当前任务放到工作队列中。
if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {
if (runState != RUNNING || poolSize == 0) ensureQueuedTaskHandled(command);
// 如果线程池不处于运行中或任务无法放入队列，并且当前线程数量小于最大允许的线程数量，则创建一个线程执行任务
} else if (!addIfUnderCorePoolSize(command)) {
// 抛出 RejectedExecutionException异常
reject(command);// is shutdown or saturated
}
}
}
工作线程。线程池创建线程时，会将线程封装成工作线程Worker，Worker在执行完任务后，还会无限循环获取工作队列里的任务来执行。我们可以从Worker的run方法里看到这点：
public void run() {
try {
Runnable task = firstTask;
firstTask = null;
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
runTask(task);
task = null;
}
} finally {
workerDone(this);
}
}
线程池的创建
我们可以通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池。
new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, milliseconds,runnableTaskQueue, threadFactory,handler);
创建一个线程池需要输入几个参数：
corePoolSize（线程池的基本大小）：当提交一个任务到线程池时，线程池会创建一个线程来执行任务，即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程，等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads方法，线程池会提前创建并启动所有基本线程。
maximumPoolSize（线程池最大大小）：线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了，并且已创建的线程数小于最大线程数，则线程池会再创建新的线程执行任务。值得注意的是如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果。
keepAliveTime（线程活动保持时间）：线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间。所以如果任务很多，
并且每个任务执行的时间比较短，可以调大这个时间，提高线程的利用率。TimeUnit（线程活动保持时间的单位）：可选的单位有天（DAYS），小时（HOURS），分钟（MINUTES），
毫秒(MILLISECONDS)，微秒(MICROSECONDS, 千分之一毫秒)和毫微秒(NANOSECONDS, 千分之一微秒)。runnableTaskQueue（任务队列）：用于保存等待执行的任务的阻塞队列。可以选择以下几个阻塞队列。
1.ArrayBlockingQueue： 是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。
2.LinkedBlockingQueue： 一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO （先进先出） 排序元素，
吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列。
3.SynchronousQueue： 一个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调用移除操作，
否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，
静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。
4.PriorityBlockingQueue： 一个具有优先级的无限阻塞队列。
ThreadFactory：用于设置创建线程的工厂，可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字，Debug和定位问题时非常又帮助。
RejectedExecutionHandler（饱和策略）：当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy，表示无法处理新任务时抛出异常。以下是JDK1.5提供的四种策略。n AbortPolicy：直接抛出异常。
1.CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。
2.DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。
3.DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。
4.当然也可以根据应用场景需要来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。如记录日志或持久化不能处理的任务。
向线程池提交任务
我们可以使用execute提交的任务，但是execute方法没有返回值，所以无法判断任务知否被线程池执行成功。通过以下代码可知execute方法输入的任务是一个Runnable类的实例。
threadsPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
}
}
);
我们也可以使用submit 方法来提交任务，它会返回一个future,那么我们可以通过这个future来判断任务是否执行成功，通过future的get方法来获取返回值，get方法会阻塞住直到任务完成，而使用get(long timeout, TimeUnit unit)方法则会阻塞一段时间后立即返回，这时有可能任务没有执行完。
try {
Object s = future.get();
} catch (InterruptedException e) {
// 处理中断异常
} catch (ExecutionException e) {
// 处理无法执行任务异常
} finally {
// 关闭线程池
executor.shutdown();
}
线程池的关闭
我们可以通过调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池，但是它们的实现原理不同，shutdown的原理是只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程。shutdownNow的原理是遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程，所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。shutdownNow会首先将线程池的状态设置成STOP，然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表。
只要调用了这两个关闭方法的其中一个，isShutdown方法就会返回true。当所有的任务都已关闭后,才表示线程池关闭成功，这时调用isTerminaed方法会返回true。至于我们应该调用哪一种方法来关闭线程池，应该由提交到线程池的任务特性决定，通常调用shutdown来关闭线程池，如果任务不一定要执行完，则可以调用shutdownNow。
合理的配置线程池
要想合理的配置线程池，就必须首先分析任务特性，可以从以下几个角度来进行分析：
任务的性质：CPU密集型任务，IO密集型任务和混合型任务。
任务的优先级：高，中和低。
任务的执行时间：长，中和短。
任务的依赖性：是否依赖其他系统资源，如数据库连接。
任务性质不同的任务可以用不同规模的线程池分开处理。CPU密集型任务配置尽可能少的线程数量，如配置Ncpu+1个线程的线程池。IO密集型任务则由于需要等待IO操作，线程并不是一直在执行任务，则配置尽可能多的线程，如2*Ncpu。混合型的任务，如果可以拆分，则将其拆分成一个CPU密集型任务和一个IO密集型任务，只要这两个任务执行的时间相差不是太大，那么分解后执行的吞吐率要高于串行执行的吞吐率，如果这两个任务执行时间相差太大，则没必要进行分解。我们可以通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法获得当前设备的CPU个数。
优先级不同的任务可以使用优先级队列PriorityBlockingQueue来处理。它可以让优先级高的任务先得到执行，需要注意的是如果一直有优先级高的任务提交到队列里，那么优先级低的任务可能永远不能执行。
执行时间不同的任务可以交给不同规模的线程池来处理，或者也可以使用优先级队列，让执行时间短的任务先执行。
依赖数据库连接池的任务，因为线程提交SQL后需要等待数据库返回结果，如果等待的时间越长CPU空闲时间就越长，那么线程数应该设置越大，这样才能更好的利用CPU。
建议使用有界队列
有界队列能增加系统的稳定性和预警能力，可以根据需要设大一点，比如几千。有一次我们组使用的后台任务线程池的队列和线程池全满了，不断的抛出抛弃任务的异常，通过排查发现是数据库出现了问题，导致执行SQL变得非常缓慢，因为后台任务线程池里的任务全是需要向数据库查询和插入数据的，所以导致线程池里的工作线程全部阻塞住，任务积压在线程池里。如果当时我们设置成无界队列，线程池的队列就会越来越多，有可能会撑满内存，导致整个系统不可用，而不只是后台任务出现问题。当然我们的系统所有的任务是用的单独的服务器部署的，而我们使用不同规模的线程池跑不同类型的任务，但是出现这样问题时也会影响到其他任务。
线程池的监控
如果在系统中大量使用线程池，则有必要对线程池进行监控，方便在出现问题时，可以根据线程池的使用状况快速定位问题。可以通过线程池提供的参数进行监控，在监控线程池的时候可以使用以下属性
taskCount：线程池需要执行的任务数量。
completedTaskCount：线程池在运行过程中已完成的任务数量，小于或等于taskCount。
largestPoolSize：线程池里曾经创建过的最大线程数量。通过这个数据可以知道线程池是否曾经满过。如该数值等于线程池的最大大小，则表示线程池曾经满过。
getPoolSize：线程池的线程数量。如果线程池不销毁的话，线程池里的线程不会自动销毁，所以这个大小只增不减。
getActiveCount：获取活动的线程数。
通过扩展线程池进行监控。可以通过继承线程池来自定义线程池，重写线程池的beforeExecute、afterExecute和terminated方法，也可以在任务执行前、执行后和线程池关闭前执行一些代码来进行监控。例如，监控任务的平均执行时间、最大执行时间和最小执行时间等。
