在雲計算、5G技術快速發展的互聯網世界，為了快速響應用戶的請求，宏觀上除了團隊內部實行DevOps機制管理、使用微服務架構進行技術設計、使用Docker或K8s進行應用部署外，微觀上在程序開發中使用並行計算的能力也是必不可少的。

而在Java開發中，最常用的便是通過線程池來最大程度利用CPU資源，實現多任務並行。

我們先來看一個用戶請求快速響應的案例：試想當你在網上查詢從北京到國外的機票時，半天都刷不出來，又或是先有航班的班次、再有價格、繼而有座位出來、最後出來整個圖片（串行執行），蝸牛般的速度讓你瞬間就離開該平台了。

為了快速的響應用戶請求，在程序開發中一般採用多線程並發執行，即當用戶發起查詢航班請求時，將獲取航班班次、價格信息、座位信息、圖片信息這四個任務一起執行（並行執行），再返回給用戶，將原來的時間縮減3/4。

在本案例中通過多線程並發執行的方式快速的響應了用戶請求，接下來我們介紹線程池～

在介紹線程池原理之前，首先得了解什麼是線程池。線程池，望文生義，就是線程的池子，裏面有很多很多的線程。

我們知道一個程序運行時是一個進程，而程序里有很多的方法要去執行，每個方法就是一個線程，在剛剛的案例中去哪兒平台程序就是一個進程，裏面獲取航班班次的函數、獲取航班價格的函數、獲取航班位置的函數就是多個線程。

每個函數在運行時，都需要先把線程創建起來，然後運行，最後函數執行完畢銷毀線程。如果每個函數運行時都去創建線程、運行完畢都去銷毀線程，這實現太耗費線程資源，如果有一個地方專門負責線程的創建和銷毀，程序的函數要運行時直接去申請，那麼資源的消耗是不是就降低了很多（不需要創建和銷毀）、函數的響應速度是不是就提高了很多呢？（每次來就使用了，不需要去創建）、線程的管理是不是就更專業了呢？（有專門的地方管理線程），是的，這個地方就是線程池，通過池化的思想統一管理分配線程。

接下來我們介紹在Java中線程池是如何實現的。Java中的線程池核心實現包括四個模塊Executor、ExecutorService、AbstractExecutorService、ThreadPoolExecutor。

Executor是線程池對外的接口，研發人員只需將需要運行的函數（即任務）傳遞給Executor即可，Executor就會完成線程的調配和任務的執行部分。

ExecutorService是對Executor能力的擴展，研發人員是將任務一個個的傳遞給Executor，但是ExecutorService可將多個任務提煉成一個總任務，並且可管控線程池。

AbstractExecutorService是對上層的抽象，將執行任務的流程串聯起來，使得最底層ThreadPoolExecutor只關注於任務的實現即可。ThreadPoolExecutor則是最複雜的底層，一方面要維護自身生命周期，一方面管理線程和任務。

那麼ThreadPoolExecutor是如何管理線程和任務呢？

其中在它內部也維護着一個生產者消費者模型，在介紹消息中間件MQ的時候我們也詳細地介紹過生產者消費者，它的優點之一是實現了解耦，即生產者往隊列里發送任務，不必等待該任務執行完再發送下一個生產者，消費者只管從隊列里獲取任務進行線程分配，不必等到生產者發送任務。

在ThreadPoolExecutor中任務管理便是生產者，線程管理便是消費者，當任務提交後，線程池判斷該任務得如何執行。

在線程池內部有五種狀態，Running則表示該線程能接受新提交的任務並且也能處理阻塞隊列中的任務。Shutdown則表示不能接受新提交的任務但可以繼續處理阻塞隊列中已保存的任務。Stop則表示不能接受新任務，也不能處理隊列中的任務，會中斷正在處理任務的線程。Tidying則表示所有的任務都終止了，有效線程數為0；Terminated則表示終結狀態。其生命周期的轉化如圖所示。

當任務進來時，線程池首先會檢查自己的狀態，如果不是Running狀態，那麼直接拒絕任務的執行；如果線程是Running狀態，而且線程數量<線程池正常大小數（即沒有任務需要執行時線程池的大小，簡稱核心數corePoolSize），那麼創建並啟動一個線程來執行新提交的任務；如果線程數量>;核心數，並且線程池內的阻塞隊列沒有滿，那麼將該任務加入到阻塞隊列等待執行；如果線程數量>;核心數並且<線程池最大數，並且線程池內的阻塞隊列沒有滿，那麼創建一個新的線程來執行提交的任務，如果線程數量>線程池最大線程數，並且線程池內的阻塞隊列已滿，那麼拒絕處理該任務。

因此在線程池管理中，最大線程數、線程池正常大小數非常重要，如果過少可能導致線程不夠用，任務不能執行，如果過多可能導致任務在緩存隊列里等待時間長，最終超時不能執行。對於該數量的設置，目前也沒有官方的算法，更多是通過監控數據和業務運行特徵來不斷地調整。

通過線程池統一管理線程能提高資源的使用率、提高用戶響應時間。事實上，在程序世界裏，除了運行函數的線程使用了池化管理的方式之外，當程序連接數據庫時，也通過數據庫連接池的方式統一管理數據庫連接資源，當程序運行需要內存時，也通過內存池的方式統一管理內存資源。

這種統一化管理資源的方式，使得用戶在低投入中獲取了最高效率的資源利用，實現了共贏。

這就和鏈家、我愛我家、自如這樣的大型房地產公司統一管理出租房源是一樣的道理。以前租客要租房屋時，需要找到多個房東，諮詢詳細地理位置、價格、房屋圖片，貨比三家後再進行簽約。而房屋中介將房屋收置後，租客要租房屋只需要提交自己的租房要求（地理位置&價格），中介就會對應的提供很多選擇，並且推薦最合適的給你。通過統一化管理的方式提高了租客的租房效率，實現了共贏。

在互聯網快速發展的今天，任何一家企業想要長久的站穩市場，除了提供的產品能滿足用戶不斷變化的需求之外，產品的好用性能也是非常重要的，通過多線程開發的模式能很好的提高程序性能，本文只是拋磚引玉介紹了Java線程池的使用場景、實現原理、解決問題，但如何讓其服務於良好的產品性能，就需要大家在實踐中不斷地摸索總結了~