背景

线程池是什么

线程池（Thread Pool）是一种基于池化思想管理线程的工具，经常出现在多线程服务器中，或者涉及到一些复杂线程操作需要重复开启线程。线程过多会带来额外的开销，包括创建线程的开销，调度线程的开销等等，同时也降低了计算机的整体性能。
线程池能维护多个线程，等待监督管理分配可并发执行的任务，这种做法一方面避免了处理任务时创建销毁线程开销的代价，另一方面也避免了线程数量膨胀的过分调度问题，保证了对内核的充分利用。
Java中对线程池的实现都是基于ThreadPoolExcutor类，它能带来一系列的好处：

降低资源消耗： 通过池化技术重复利用已经创建的线程，降低线程创建和销毁造成的损耗
提高响应速度： 任务到达时，无需等待线程创建就可以立即执行（前提是线程池中有可用的线程）
提高线程的可管理性： 线程是稀缺资源，如果无限制创建，不仅会消耗系统资源，还会因为线程的不合理分布导致资源调度失衡，降低系统的稳定性。使用线程池可以进行统一的分配、调优和监控。不用开发者自己去维护这一整个流程。
提供更多更强大的功能： 线程池具备可拓展性，允许开发人员向其中增加更多的功能。比如延时定时线程池ScheduledThreadPoolExecutor，就允许任务延期执行或定期执行。

线程池能解决什么问题

线程池解决的核心问题就是资源管理问题。在并发环境下，系统不能够确定在任意时刻中，有多少任务需要执行，有多少资源需要投入。这种不确定性将带来以下若干问题：

频繁申请/销毁资源和调度资源，将带来额外的消耗，可能会非常巨大。
对资源无限申请缺少抑制手段，易引发系统资源耗尽的风险。
系统无法合理管理内部的资源分布，会降低系统的稳定性。

为解决资源分配这个问题，线程池采用了“池化”（Pooling）思想。池化，顾名思义，是为了最大化收益并最小化风险，而将资源统一在一起管理的一种思想。这种思想也广泛应用于计算机的其它领域中：

内存池(Memory Pooling)：预先申请内存，提升申请内存速度，减少内存碎片。
连接池(Connection Pooling)：预先申请数据库连接，提升申请连接的速度，降低系统的开销。例如Sql连接池
实例池(Object Pooling)：循环使用对象，减少资源在初始化和释放时的昂贵损耗。例如String。

Java线程池核心设计于实现

总体设计

Java中的线程池核心实现类是ThreadPoolExecutor，首先分析UML类图，如下：

ThreadPoolExcutor UML类图

具体分析：

Executor： ThreadPoolExecutor实现的顶层接口是Executor，顶层接口Executor提供了一种思想：将任务提交和任务执行进行解耦，用户无需关注如何创建线程，如何调度线程来执行任务，用户只需要提供Runable对象，将任务的执行逻辑提交到执行器（Executor）中，由Executor框架完成线程的调配和任务的执行部分。
ExecutorService：接口增加了一些能力：

扩充执行任务的能力，补充可以为一个或是一批异步任务生成Future方法
提供了管控线程池的方法，比如停止线程池的运行。

AbstractExecutorService：是上层的抽象类，将执行任务的流程串联起来，保证下层的实现只需关注一个执行任务的方法即可。
ThreadPoolExecutor：最下层的实现类实现最复杂的运行部分，一方面维护自身的生命周期，另一方面同时还需要管理线程和任务，使两者良好的结合从而执行并行任务。

下图是ThreadPoolExecutor的运行机制：

从图中可以看出来，线程池内部实际上构建了一个生产者消费者模型，将线程和任务两者解耦，并不直接关联，从而良好的缓冲任务，复用线程。

线程池的运行主要分成两部分：任务管理，线程管理。
任务管理：充当生成者的角色，当任务提交后，线程池会判断该任务后续的流转：

1. 直接申请线程执行该任务
2. 缓冲到队列中等待线程执行
3. 拒绝该任务

线程管理：线程管理部分是消费者，他们被统一维护在线程池内，根据任务请求进行线程的分配，当线程执行完任务后则会继续获取新的任务去执行，最终当线程获取不到任务，线程就会被回收。

下一节继续按照下面三个部分去介绍线程池的运行机制：

线程池如何维护自身的生命周期
线程池如果管理任务
线程池如何管理线程