在Java中，使用线程来执行异步任务。Java线程的创建于销毁需要一定的开销，如果我们为每一个任务创建一个新线程来执行，这些线程的创建和销毁将消耗大量的计算资源。同时，为每一个任务创建新线程来执行，这种策略可能会使处于高负荷状态的应用最终崩溃。

Java的线程既是工作单元，也是执行机制。从JDK1.5开始，把工作单元与执行机制分离开来。工作单元包括Runnable和Callable，而执行机制由Executor框架提供。

10.1 Executor框架简介

Executor框架主要由3大部分组成：
（1）任务。包括被执行的任务需要实现的接口：Runnable和Callable。

（2）任务的执行。包括任务执行机制的核心接口Executor，以及继承自Executor的ExecutorService接口。Executor框架有两个关键类实现了ExecutorService接口：ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor。

（3）异步计算的结果。包括接口Future和实现Future接口的FutureTask类。

ThreadPoolExecutor是线程池的核心实现类，用来执行被提交的任务。

ScheduledThreadPoolExecutor可以在给定的延迟后运行命令，或者定期执行命令。

10.2 ThreadPoolExecutor

Executors可以创建3中不同类型的ThreadPoolExecutor：SingleThreadExecutor，FixedThreadPool和CachedThreadPool。

（1）newFixedThreadPool（int  nThreads）：创建使用固定线程数的线程池。它适用于为了满足资源管理的需求，而需要限制当前线程数量的应用场景，适合负载较重的服务器。

（2）newSingleThreadExecutor（）：创建使用单个线程的线程池。适用于需要保证顺序的执行各个任务，并且在任意时间点，不会有多个线程是活动的应用场景。

（3）newCachedThreadPool（）：创建一个大小无界的线程池。适用于执行大量短期的异步执行的任务，适合负载较轻的服务器。由于使用SynchronousQueue，并且maximumPoolSize无限，keepAliveTime为60s，因此吞吐量最好。与FixedThreadPool不同，当新的任务到来，如果有线程空闲，那么空闲的线程会直接接受该任务，如果没有空闲的线程，线程池可以无限创建新的线程。

10.2.1 newFixedThreadPool（int  nThreads）

（1）return new ThreadPoolExecutor（nThreads，nThreads，0L，TimeUtil.MILLSECONDS，new LinkedBlockingQueue<Runnable>）

（2）FixedThreadPool的corePoolSize和maximumPoolSize都被设置为nThreads，keepAliveTime被设置为0，意味着多余的空闲线程会被立刻终止。

（3）由于使用了无界队列，因此maximumPoolSize是一个无效参数。

10.2.2 SingleThreadPool

（1）SingleThreadExecutor的corePoolSize和maximumPoolSize被设置为1，其他参数和FixedThreadPool相同。

10.2.3CachedThreadPool

（1）return new ThreadPoolExecutor（0，Integer.MAX_VALUE，60L，TimeUtil.SECONDS，new SynchronousQueue<Runnable>()）;

（2）SynchronousQueue是一个没有容量的工作队列，而maximumPoolSize被设置为max，这意味着，如果主线程提交任务的速度高于线程池中处理任务的速度，cachedThreadPool会不断创建新的线程。

（3）对于一个新的task，首先执行Synchronous.offer(Runnable task)，如果线程池中有空闲线程正在执行Synchronous.pool(timeAlive)，那么主线程执行offer操作与空闲线程执行poll操作匹配成功，任务交给空闲线程执行，execute方法执行完成。

（4）当线程池为空或者线程池中没有空闲线程时，这种情况下offer操作失败，此时线程池创建新的线程执行任务，execute方法执行完成。

（5）执行任务的线程执行完毕后，会执行Synchronous.pool(timeAlive)操作，这个poll操作会让空闲线程最多等待60秒，如果60秒内没有获得新的任务执行，那么这个空闲线程将被终止。

10.3 ScheduledThreadPoolExecutor

Executors可以创建两种类型的ScheduledThreadPoolExecutor：

（1）public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool（int corePoolSize）

创建固定线程数量的ScheduledThreadPool。适用于需要多个后台线程执行周期性任务，同时为了满足资源管理的需求而限制后台的线程数量。

（2）public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor（）

适用于需要单个后台线程执行周期性任务，同时需要保证顺序的执行各个任务的场景。

10.3.1 ScheduledThreadPoolExecutor详解

ScheduledThreadPoolExecutor的执行主要分为两步：

（1）当调用ScheduledThreadPoolExecutor的scheduleAtFixedRate（）方法或者scheduleWithFixedDelay（）方法时，会向ScheduledThreadPoolExecutor的DelayQueue（无界阻塞队列）添加一个ScheduledFutureTask。

（2）线程池从DelayQueue中获取ScheduledFutureTask，然后执行任务。

ScheduledFutureTask主要包含3个变量

（1）long time：任务将要被执行的时间

（2）long sequenceNumber：任务ID

（3）long period：任务执行的间隔周期

DelayQueue封装了一个PriorityQueue，这个PriorityQueue会对队列中的ScheduledFutureTask排序，time小的在前面。

ScheduledThreadPoolExecutor的某个线程执行周期性任务的4个步骤：

（1）线程从DelayQueue中获取已到期的ScheduledFutureTask。

（2）线程执行这个task

（3）线程修改这个task的time为下次要执行的时间。

（4）把修改后的task放回DelayQueue中。

ScheduledThreadPoolExecutor的某个线程从DelayQueue中获取 ScheduledFutureTask的过程：

（1）获取Lock。

（2）如果PriorityQueue为空，则当前线程到Condition中等待。

（3）如果PriorityQueue的头元素的time比当前时间大，则在Condition中等待到time时间点。

（4）获取PriorityQueue的头元素，如果PriorityQueue不为空，则唤醒在Condition中等待的所有线程。

（5）释放Lock。

ScheduledThreadPoolExecutor向DelayQueue中添加 ScheduledFutureTask的过程：

（1）获取Lock。

（2）向PriorityQueue中添加任务。

（3）如果添加的任务是头元素，唤醒所有等待在Condition中的线程。

（4）释放Lock。