Java 线程池（ThreadPoolExecutor）全解析
本文目标：不仅仅停留在“线程池能复用线程”这种表面知识，而是深入到底层实现原理（线程池状态、任务提交流程、Worker 管理）、参数设计思路、源码精讲，并覆盖常见的面试高频题和深入追问。
目录
什么是线程池
为什么需要线程池（核心优势）
Java 线程池体系结构
ThreadPoolExecutor 构造参数详解
线程池运行原理（任务提交与执行流程）
线程池的几种常见实现（Executors 工厂方法）
线程池状态（runState）与生命周期
源码解析（execute → addWorker → runWorker → getTask）
线程池常见使用场景
常见问题与坑点
高频面试题（含追问）
线程池执行流程图
1. 什么是线程池
线程池是一种 线程复用技术，在任务提交前就预先创建若干线程放入池中，任务执行时直接从池中取可用线程运行，减少了线程创建和销毁的开销。
Java 提供的核心实现类是 ThreadPoolExecutor，位于 java.util.concurrent 包。
2. 为什么需要线程池（核心优势）
降低资源消耗：避免频繁创建/销毁线程。
提高响应速度：任务到达时可以立即运行已有线程。
提高线程的可管理性：线程池可统一调度和管理线程，支持超时、定时、队列管理、拒绝策略等。
限制并发数量：避免系统因无限创建线程而 OOM。
3. Java 线程池体系结构
Java 中的线程池核心类和接口关系：
Executor：顶级接口，任务执行器。
ExecutorService：扩展接口，支持生命周期管理、submit、invokeAll 等方法。
AbstractExecutorService：抽象类，提供部分默认实现。
ThreadPoolExecutor：核心实现类，所有常用线程池的基础。
ScheduledThreadPoolExecutor：支持定时/周期任务的线程池。
4. ThreadPoolExecutor 构造参数详解
public ThreadPoolExecutor(
int corePoolSize, // 核心线程数
int maximumPoolSize, // 最大线程数
long keepAliveTime, // 非核心线程存活时间
TimeUnit unit, // 时间单位
BlockingQueue
ThreadFactory threadFactory, // 线程工厂
RejectedExecutionHandler handler // 拒绝策略
)
参数解释
corePoolSize：核心线程数，线程池中始终保持存活的线程数量（除非允许超时）。
maximumPoolSize：最大线程数（= 核心线程 + 临时线程）。
keepAliveTime + unit：超过 corePoolSize 的线程空闲多久后会被回收。
workQueue：存放等待执行任务的阻塞队列（如 LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue）。
threadFactory：用于创建新线程，可以定制线程名称、优先级、守护属性。
handler：拒绝策略，任务无法执行时的处理方式（常见有 4 种）。
常见拒绝策略
AbortPolicy：直接抛出 RejectedExecutionException（默认）。
CallerRunsPolicy：任务交给提交任务的线程执行。
DiscardPolicy：直接丢弃任务。
DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最旧的任务，然后尝试执行新任务。
5. 线程池运行原理（任务提交与执行流程）
任务提交：调用 execute() 或 submit()。
判断核心线程数：若运行线程数 < corePoolSize，则新建核心线程执行任务。
队列是否已满：若核心线程已满，则尝试将任务放入队列。
是否超过最大线程数：若队列满且线程数 < maximumPoolSize，则新建线程执行任务。
拒绝策略：若超出 maximumPoolSize 且队列满，则执行拒绝策略。
6. 常见线程池实现（Executors 工厂方法）
⚠️ 注意：面试时经常被问到 为什么不推荐直接使用 Executors 提供的工厂方法？
newFixedThreadPool(int n)：固定线程数，使用无界队列，可能导致 OOM。
newCachedThreadPool()：线程数不设上限，可能导致过度扩张。
newSingleThreadExecutor()：单线程池，保证顺序执行。
newScheduledThreadPool(int n)：定时/周期性任务。
👉 正确做法：直接使用 ThreadPoolExecutor 构造函数，显式指定参数。
7. 线程池状态（runState）
ThreadPoolExecutor 内部用一个 ctl 原子变量（高 3 位表示状态，低 29 位表示线程数）：
RUNNING：接收新任务，处理队列任务。
SHUTDOWN：不接收新任务，但处理已在队列的任务。
STOP：不接收任务，不处理队列，中断正在执行的任务。
TIDYING：所有任务终止，线程数为 0，准备执行 terminated() 钩子。
TERMINATED：terminated() 执行完成。
8. 源码解析（简要）
execute 流程
public void execute(Runnable command) {
if (command == null) throw new NullPointerException();
int c = ctl.get();
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
if (addWorker(command, true)) return;
c = ctl.get();
}
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
// 二次检查，避免线程池关闭后任务仍进队列
}
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}
👉 总结：先创建核心线程 → 尝试入队 → 创建非核心线程 → 拒绝策略。
Worker 内部逻辑
Worker 是一个 AQS 子类，封装了线程和任务。
runWorker 循环调用 getTask() 获取任务，并执行 task.run()。
9. 常见使用场景
Web 服务器：Tomcat / Netty 底层广泛使用线程池。
异步任务执行：如日志处理、消息队列消费者。
高并发场景：复用线程避免创建/销毁的开销。
定时/周期性任务：用 ScheduledThreadPoolExecutor 实现。
10. 常见问题与坑点
为什么不建议用 Executors 工厂方法？
因为内部队列可能是无界的，容易导致 OOM。
线程池里线程数量怎么设置？
CPU 密集型（cpu计算）：线程数 ≈ CPU 核数 + 1。
IO 密集型（涉及数据库读写、可能调用外部服务）：线程数 ≈ CPU 核数 * 2（或更多，看 IO 阻塞时间）。
线程池满了会怎样？
超过最大线程数 + 队列已满 → 触发拒绝策略。
11. 高频面试题（含追问）
Q1：线程池的核心参数有哪些？
👉 答：corePoolSize、maximumPoolSize、keepAliveTime、unit、workQueue、threadFactory、handler。
追问：为什么要有 corePoolSize 和 maximumPoolSize 两个参数？
👉 答：核心线程保证基本并发能力，非核心线程是弹性扩容，用来应对任务高峰。
Q2：线程池任务提交流程？
👉 答：
先创建核心线程；
核心线程满 → 入队列；
队列满 → 创建非核心线程；
超过 maximumPoolSize → 拒绝策略。
追问：如果使用无界队列会怎样？
👉 答：队列不会满，所以 maximumPoolSize 永远不会生效，可能导致堆积大量任务，引发 OOM。
Q3：线程池状态有哪些？
👉 答：RUNNING、SHUTDOWN、STOP、TIDYING、TERMINATED。
追问：ctl 是怎么同时存储线程数和状态的？
👉 答：ctl 是一个 AtomicInteger，高 3 位存 runState，低 29 位存 workerCount。通过位运算拆分。
Q4：线程池如何实现线程复用？
👉 答：线程不会销毁，而是执行完任务后从 workQueue 获取下一个任务（runWorker → getTask 循环），直到线程池关闭或线程被回收。
Q5：线程池拒绝策略有哪些？
👉 答：AbortPolicy、CallerRunsPolicy、DiscardPolicy、DiscardOldestPolicy。
追问：如果我需要自定义策略怎么办？
👉 答：实现 RejectedExecutionHandler 接口即可，例如写日志或落盘。
生产环境最佳实践
线程池监控：通过getActiveCount()、getQueue().size()等方法监控线程池状态，及时发现问题
优雅关闭：使用shutdown()平滑关闭，配合awaitTermination()等待任务完成
异常处理：重写afterExecute()方法妥善处理任务执行异常，避免异常被吞没
线程命名：通过自定义ThreadFactory为线程设置有意义的名字，便于问题排查
12. 线程池任务提交流程图
flowchart TD
A["提交任务 execute"] --> B{"线程数 < corePoolSize ?"}
B -- 是 --> C["创建核心线程执行任务"]
B -- 否 --> D{"任务能放入队列吗?"}
D -- 是 --> E["任务进入队列等待"]
D -- 否 --> F{"线程数 < maximumPoolSize ?"}
F -- 是 --> G["创建非核心线程执行任务"]
F -- 否 --> H["执行拒绝策略"]