浅谈如何理解线程池的概念

Java线程池是我们高并发开发当中比较常用的一个解决方案。
多用于一些处理时间短暂，但是程序量大的操作环境当中，可以有效地解决线程的创建和销毁非耗资源速度慢的问题。

什么是线程？

线程是调度CPU的最小单元，也叫做轻量级进程LWP（Light Weight Process）
Java中有两种线程模型：

用户级线程（ULT）（Uer Level Thread）
内核级线程（KLT）（Kernel Level Thread）

ULT：用户程序实现，不依赖操作系统核心，应用提供创建，同步，调度和管理线程的函数来控制用户线程，不需要用户态/内核态的切换，速度快，内核对ULT无感知，线程阻塞则进程（包括它的所有线程）阻塞。
KLT：系统内核管理线程（KLT），内核保存线程的状态和上下文的信息，线程阻塞不会引起进程阻塞。在处理器系统上多线程在多处理器上并行运行。现成的创建，调度和管理由内核完成，效率比UTL慢，比进程操作快。

市面上绝大多数的Java虚拟机都是使用的KLT，及系统内核管理线程。
文字描述比较抽象，我们来画一个图描述一下ULT和KLT的区别

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JVM由于在用户空间，无权使用内核空间，只能调用系统开放的API（如：Linux开放的p_thread函数）去操作线程，在映射到底层的CPU上，由于调度API需要提高权限，所以会把自身状态陷入到内核态来取得权限。
用户所有的线程都会存放在线程表中，由内核统一的调度和维护。
这就是为什么会进行用户态/内核态状态切换的原因。

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根据上图，JVM创建和执行线程可以列为一下这么几个步骤

线程会使用库调度器
之后陷入到内核空间
创建内核线程
内核中的线程会被维护到线程表中
由操作系统调度程序去调度
CPU会根据调度算法分配时间
把没有执行完的线程写入给你高速内存区（SSP）

内核空间中有一个高速内存区SSP（程序任务运行状态段）是用于存储还没有执行完成，但是被分配的时间已经用完的线程中的数据，，等待下一次被分配到了时间后，就把保存在SSP里的上下文信息加载到CPU的缓存。

综上所述，线程是一个稀缺资源，他的创建和销毁是一个相对偏重且消耗资源的操作，而Java线程依赖于内核进程，创建线程需要进行操作系统状态切换，为避免过度消耗，我们要设法重用线程执行多个任务。

线程池就是一个线程缓存，负责对线程进行统一分配，调度与监控

他的优点有很多，最突出的优点就是：

重用存在的线程，减少线程的创建，消亡所用开销，提升性能
提高响应速度。当任务到达时，可以不需要等待线程的创建就可以立即执行
提高线程的可管理性，可统一分配，调度和监控。

那么线程池是如何把线程统一分配调度与监控的呢？

【画图太累了，我就用的网图，图片来源视频：https://www.bilibili.com/video/av88030891 】

【画图太累了，我就用的网图，图片来源：https://blog.csdn.net/lchq1995/article/details/85230399 】

我们在NEW一个最基本的线程池的时候，会传入这么一下几个参数：
corePoolSize：线程池核心线程数量
maximumPoolSize：线程池最大线程数两
keepAliveTime：空闲线程存活时间

corePoolSize顾名思义就是最大核心线程数量，是线程池可以同时执行的线程数量。
maximumPoolSize，既然有corePoolSize，那么如果corePoolSize满了怎么办呢？这时候就会用到一个队列，叫阻塞队列（Block Queue）
什么是BlockQueue？它有什么特点？
既然是Queue，那么久满足队列模型的（FIFO）原则，一端放入，另一端取出。（First In First Out）
阻塞队列有一个特点就是：在任意时刻，不管并发量有多高，永远只有一个线程能进行队列的如对或出队，所以BlockQueue是一个线程安全的队列。
并且如果队列满了，只能进行出队操作，所有入队操作必须等待，也就是阻塞。
如果队列为空，那么就只能进行入队操作，所有出队操作必须等待，也就是阻塞。
一旦线程池的线程量满了，那么新被execute进来的线程，就会被存储进BlockQueue，BlockQueue的大小就是maximumPoolSize - corePoolSize的大小。

线程池和五种状态：

Running：能接受新的execute以及处理已添加的任务
Shutdown：不接收任何新的execute，可以处理已添加的任务
Stop：不接受任何新的execute，不处理已添加的任务
Tidying：所有任务已经终止，ctl记录的任务数量为0.
Termiated：线程池彻底终止，则线程池转换为Terminated状态。

那么这么多线程池状态和这么多线程的信息，是如何保存的呢？
这里线程池内部用到了一个32字节的Integer类型来记录线程池的状态和线程数量信息。

这个Integer类型的高3未二进制用来表示线程池的状态，后29为用来表示线程的数量。
线程池定义了这么几个数字作为线程的状态

RUNNING = -1
SHUTDOWN = 0
STOP = 1
TIDYING = 2
TERMINATED = 3

并且所有数字都想做移位29位。
《《 COUNT_BITS（COUNT_BITS=29)

最终会得到高三位为：
RUNNING = 111
SHUTDOWN = 000
STOP = 001
TIDYING = 010
TERMINATED = 011

他是怎么得到的呢？

我们来回顾一下基础

拿-1来举个例子
众所周知，
1在32位Integer的类型中二进制为：
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
那么-1就应该去1的反位并且再加上一个符号位1000
则，-1就应该为：
1000 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
那么-1向左移位29位，低位补0，那么则
-1 《《 29 等于
1110 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
所以高三位为111

所以这就是RUNNING的高三为为111的由来
后面的29位用于存储线程的数量。

这种应用基本数据高效存储的思想可以用于存储一些记录，有点就是不用去多个变量的读取，提升速度。

具体线程池的实现可以百度搜索JAVA线程池的实现，在这里只是浅谈一下线程池的好处以及浅层原理。

（本文完）