JDK5把工作单元与执行机制分离开。工作单元包括Runnable和Callable，而执行机制由Executor框架提供。
在HotSpot VM的线程模型中，Java线程被一对一映射为本地操作系统线程。Java线程启动时会创建一个本地操作系统线程；当该Java线程终止时，这个操作系统线程也会被回收。操作系统会调度所有线程并将它们分配给可用的CPU。
在上层，Java多线程程序通常把应用分解为若干个任务，然后使用用户级的调度器(Executor框架)讲这些任务映射为固定数量的线程；在底层，操作系统内核将这些线程映射到硬件处理器上。应用程序通过Executor框架控制上层的调度；而下层的调度由操作系统内核控制，下层的调度不受应用程序的控制。
Executor框架的结构
Executor框架主要由三大部分组成：
任务：包括被执行任务需要实现的接口：Runnable接口和Callable接口
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ThreadPoolExecutor)。
异步计算的结果：包括接口Future和实现Future接口的FutureTask类
Executor框架包含的主要类与接口：
Executor是一个接口，它是Executor框架的基础，它将任务的提交与任务的执行分离开
ThreadPoolExecutor是线程池的核心类，用来执行被提交的任务
ScheduledThreadPoolExecutor是一个实现类，可以在给定的延迟后运行命令或定期执行命令。ScheduledThreadPoolExecutor比Timer更灵活，功能更强大。
Future接口和实现Future接口的FutureTask类，代表异步计算的结果。
Runnable接口和Callable接口的实现类，都可以被ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor执行
Executor框架的使用示意图：
主线程首先要创建实现Runnable或Callable接口的任务对象。工具类Executors可以把一个Runnable对象封装为一个Callable对象(Executors.callable(Runnable task)或Executors.callable(Runnable task, Object result))。
然后可以把Runnable对象直接交给ExecutorService执行(ExecutorService.execute(Ruannble command))；或者也可以把Runnable对象或Callable对象提交给ExecutorService执行(ExecutorService.submit(Runnable task)或ExecutorService.submit(Callable<T> task))。
若执行ExecutorService.submit(...)，ExecutorService将返回一个实现Future接口的对象(Future)。
最后主线程可以执行FutureTask.get()方法来等待任务执行完成。主线程也可以执行FutureTask.cancel(boolean mayInterruptIfRunning)来取消此任务的执行。
Executor框架的成员
ThreadPoolExecutor
ThreadPoolExecutor通常使用工厂类Executors来创建。Executors可以创建3种类型的ThreadPoolExecutor：SingleThreadExecutor，FixedThreadPool和CachedThreadPool。
FixedThreadPool：创建使用固定线程数的线程池。FixedThreadPool适用于为了满足资源管理的需求，而需求限制当前线程数量的应用场景，它适用于复杂比较重的服务器。
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads); public static ExecutorService new FixedhreadPool(int nThreads, ThreadFactorythreadFactory);
SingleThreadExecutor：SingleThreadExecutor适用于需要保证顺序地执行各个任务；并且在任意时间点，不会有多个线程是活动的应用场景。
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(); public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory);
CachedThreadPool：CachedThreadPool是大小无界的线程池，适用于执行很多的短期异步任务的小程序，或负载比较轻的服务器。
public static ExecutorService newCachedThreadPool(); public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory);
ScheduledThreadPoolExecutor
SheduledThreadPoolExecutor通常使用工厂类Executors来创建。Executors可以创建2种类型的ScheduledThreadPoolExecutor：ScheduledThreadPoolExecutor(包含若干线程的ScheduleThreadPoolExecutor)和SingledThreadScheduledExecutor(只包含一个线程的ScheduledThreadPoolExecutor)。
ScheduledThreadPoolExecutor：包含若干个线程的ScheduledThreadPoolExecutor。
SingleThreadScheduledExecutor：只包含一个线程的ScheduledThreadPoolExecutor。
ScheduledThreadPoolExecutor
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize); public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory);
ScheduledThreadPoolExecutor适用于需要多个后台线程执行周期任务，同时为了满足资源管理的需求而需要限制后台线程的数量的应用场景。
SingleThreadScheduledExecutor
public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor(); public static ScheduledExecutorService new SingleThreadScheduledExecutor(ThreadFactory threadFactory);
SingleThreadScheduledExecutor适用于需要单个后台线程执行周期任务，同时需要保证顺序地执行各个任务的应用场景。
ThreadPoolExecutor
ThreadPoolExecutor是线程池的实现类，由以下4个组件构成：corePool(核心线程池的大小)，maximumPool(最大线程池的大小)，BlockingQueue(用来暂时保存任务的工作队列)和RejectedExecutionHandler(当ThreadPoolExecutor已经关闭或ThreadPoolExecutor已经饱和时，execute()方法将要调用的Handler)。通过Executors可以创建3种类型的ThreadPoolExecutor：FixedThreadPool，SingleThreadExecutor和CachedThreadPool。
FixedThreadPool
FixedThreadPool被称为可重用固定线程数的线程池。当线程池中的线程数大于corePoolSize时，keepAliveTime为多余的空闲线程等待新任务的最长时间，超过这个时间后多余的线程将被终止，默认是将keepAliveTime设置为0，即多余的空闲线程会被立即终止。
public static ExecutorSevivce newFixedThreadPool(int nThreads){ return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>); }
若当前运行的线程数少于corePoolSize，则创建新线程来执行任务
在corePoolSize满后，将任务加入LinkedBlockingQueue
核心线程池执行完任务后会循环反复从LinkedBlockingQueue获取任务来执行
FixedThreadPool使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列(队列容量为Integer.MAX_ VALUE)。使用无界队列作为工作队列会对线程池带来如下影响：
1.当线程池中的线程数达到corePoolSize后，新任务将在无界队列中等待，因此线程池中的线程数不会超过corePoolSize
2.使用无界队列，maximumPoolSize将是一个无效参数
3.使用无界队列，keepAliveTime将是一个无效参数
4.使用无界队列，运行中的FixedThreadPool不会拒接任务
SingleThreadExecutor
SingleThreadExecutor是使用单个worker线程的Executor。
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(){ return new FinalizableDelegatedExecutorService(new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>())); }
SingleThreadExecutor的corePoolSize和maximumPoolSize被设置为1.其他参数与FixedThreadPool相同。SingleThreadExecutor使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列(队列的容量为Integer.MAX_VALUE)。SingleThreadExecutor使用无界队列作为工作队列对线程池带来的影响与FixedThreadPool相同。
若当前运行的线程数少于1，则创建一个新线程来执行任务
在线程池完成预热之后，将任务加入LinkedBlockingQueue
线程执行完任务后，会在一个无限循环中反复从LinkedBlockingQueue获取任务来执行
CachedThreadPool
CachedThreadPool会根据需要创建新的线程池。CacheThreadPool的corePoolSize被设置为0，即corePool为空；maximumPoolSize被设置为Integer.MAX_VALUE，即maximumPool是无界的。keepAliveTime设置为60L说明CachedThreadPool中的空闲线程等待新任务的最长时间为60秒，空闲线程超过60秒后将被终止。FixedThreadPool使用没有容量的SynchronousQueue作为线程池的工作队列，但CachedThreadPool的maximumPool是无界的。这意味着若主线程提交任务的速度高于maximumPool中此案城处理任务的速度，CachedThreadPool会不断创建新的线程。极端情况下，CachedThreadPool会因为创建过多线程而消耗CPU和内存资源。
public static ExecutorService newCachedThreadPool(){ return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>()); }
先执行SynchronousQueue.offer(Runnable task)。若当期maximumPool中有空闲线程正在执行SynchronousQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS)，那么主线程执行offer操作与空闲线程执行的poll操作配对成功，主线程把任务交给空闲线程执行。execute()方法执行完成。
当初始maximumPool为空，或者maximumPool中当前没有空闲线程时，将没有线程执行SynchronousQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS)，此时，配对失败。CachedThreadPool会创建一个新的线程执行任务，execute()方法执行完成。
先创建的线程将任务执行完后，会执行SynchronousQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS)。这个poll操作会让空闲线程最多在SynchronousQueue中等待60秒。若60秒内主线程提交了一个新任务，那么这个空闲线程将执行主线程提交的新任务；否则这个空闲线程将被终止。由于空闲60秒的空闲线程会被终止，因此长时间保持空闲的CachedThreadPool不会使用任何资源。因为SynchronousQueue是没有容量的阻塞队列里。每个插入操作必须等待另一个线程的对应移除操作。CachedThreadPool使用SynchronousQueue把主线程提交的任务传递给空闲线程执行。
ScheduledThreadPoolExecutor
ScheduledThreadPoolExecutor继承自ThreadPoolExecutor。它主要用来在给定的延迟后运行任务或定期执行任务。ScheduledThreadPoolExecutor的功能与Timer类似，但ScheduledThreadPoolExecutor功能更强大，更灵活。Timer对应的是单个后台线程，而ScheduledThreadPoolExecutor可以在构造函数中指定多个对应的后台线程数。
ScheduledThreadPoolExecutor的执行示意图如下：
DelayQueue是一个无界队列，所以ThreadPoolExecutor的maximumPoolSize在ScheduledThreadPoolExecutor中没有意思。ScheduledThreadPoolExecutor的执行主要分为两大部分：
1.当调用ScheduledThreadPoolExecutor的scheduleAtFixedRate()方法或schedulWithFixedDelay()方法时，会向ScheduledThreadPoolExecutor的DelayQueue添加一个实现了RunnableScheduledFutrue接口的ScheduledFutureTask。
2.线程池中的线程从DelayQueue中获取ScheduledFutureTask，然后执行任务
ScheduledThreadPoolExecutor为了实现周期性的执行任务，对ThreadPoolExecutor做了如下修改：
1.使用DelayQueue作为任务队列
2.获取任务的方式不同
3.执行任务周期后，增加了额外的处理
ScheduledFutureTask主要包含3个成员变量：time(long)表示这个任务将要被执行的具体时间；sequenceNumber(long)表示这个任务被添加到ScheduledThreadPoolExecutor中的序号和period(long)表示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进行排序。排序时，time小的排在前面。如果两个ScheduledFutureTask的time相同，就比较sequenceNumber，sequenceNumber，sequenceNumber小的排在前面。
1.线程1从DelayQueue中获取已到期的ScheduledFutureTask(DelayQueue.take())。到期任务是指SScheduledFutureTask的time大于等于当前时间
2.线程1执行这个ScheduledFutureTask
3.线程1修改ScheduledFutureTask的time变量为下次将要被执行的时间
4.线程1把这个修改time之后的ScheduledFutureTask放回DelayQueue中
public E take() throws InterruptedException{ final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); try{ for(;;){ E first = q.peek(); if(first == null) available.await(); else{ long delay = first.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS); if(delay > 0) long t1 = available.awaitNanos(delay); else{ E x = q.poll(); assert x != null; if(q.size() != 0) available.signalAll(); return x; } } } }finally{ lock.unlock(); } }
获取任务分为3大部分：
1.获取Lock
2.获取周期任务。若PriorityQueue为空，当前线程到Condition中等待。若PriorityQueue的头元素的time时间比当前时间长，到Condition中等待到time时间；获取PriorityQueue的头元素，若PriorityQueue不为空，则唤醒在Condition中等待的所有线程。
3.释放锁。ScheduledThreadPoolExecutor会在一个循环中执行步骤1，直到线程从PriorityQueue获取到一个元素之后，才会退出无限循环。
ScheduledThreadPoolExecutor将ScheduledFutureTask放到DelayQueue中：
public boolean offer(E e){ final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try{ E first = q.peek(); q.offer(e); if(first == null || e.compareTo(first) < 0) available.signalAll(); return true; }finally{ lock.unlock(); } }
添加任务分为3大步骤;
1.获取Lock
2.添加任务。向PriorityQueue添加任务，若添加的任务是PriorityQueue的头元素，唤醒在Condition中等待的所有线程
3.释放Lock
FutureTask
FutureTask实现了Future接口和Runnable接口。因此FutureTask可以交给Executor执行，也可以由调用线程直接执行(FutureTask.run())。根据FutureTask.run()方法被执行的时机，FutureTask可以处于下面3种状态：
未启动。FutureTask.run()方法还没被执行之前，FutureTask处于未启动状态。当创建一个FutureTask且没有执行FutureTask.run()方法之前，这个FutureTask处于未启动状态。
已启动。FutureTask.run()方法被执行的过程中。FutureTask处于已启动状态。
已完成。FutureTask.run()方法执行完后正常结束，或被取消，或执行FutureTask.run()方法时抛出异常而异常结束时。FutureTask处于已完成状态。
当FutureTask处于未启动或已启动状态时，执行FutureTask.get()发放将导致调用线程阻塞；当FutureTask处于已完成状态时，执行FutureTask.get()方法将导致调用线程立即返回结果或抛出异常。当FutureTask处于未启动状态时，执行FutureTask.cancel()方法将会导致此任务永远不会被执行；当FutureTask处于已启动状态时，执行FutureTask.cancel(true)方法将以中断执行此任务线程的方式来试图停止任务；当FutureTask处于已启动状态时，执行FutureTask.cancel(false)方法将不会对正在执行此任务的线程产生影响；当FutureTask处于已完成状态时，执行FutureTask.cancel()方法会将返回false。
可以把FutureTask交给Executor执行；也可以通过ExecutorService.submit(...)方法返回一个FutureTask，然后执行FutureTask.get()方法或FutureTask.cancel(...)方法、也可单独使用FutureTask。
当一个线程需要等待另一个线程把某个任务执行完后它才能继续执行，此时可以使用FutureTask。假设有多个线程执行若干任务，每个任务最多只能被执行一次。当多个线程试图同时执行同一个任务时，只允许一个线程执行任务，其他线程需要等待这个任务执行完后才能继续执行。
private final ConcurrentMap<Object, Future<String>> taskCache = new ConcurrentHashMap<Object, Future<String>(); private String executionTask(final String taskName) throws ExecutionException, InterruptedException{ while(true){ Future<String> future = taskCache.get(taskName); if(future == null){ Callable<String> task = new Callable<String>(){ public String call() throws InterruptedException{ return taskName(); } }; FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(task); future = taskCache.putIfAbsent(taskName, futureTask); if(future = null){ future = futureTask; futureTask.run(); } } try{ return future.get(); }catch(CancellationException e){ taksCache.remove(taskName, future); } } }
当两个线程视图同时执行同一个任务时，若Thread1执行1.3后Thread2执行2.1，那么接下来Thread2将在2.2等待，知道Thread1执行完1.4后Thread2才能才2.2(FutureTask.get())返回。
FutureTask
FutureTask的实现基于AbstractQueuedSynchronizer。每一个基于AQS实现的同步器都会包含两种类型的操作，至少一个acquire操作。整个操作阻塞调用线程，除非直到AQS的状态允许整个线程继续执行。FutureTask的acquire操作为get()/get(long timeout, TimeUnit unit)方法调用；至少一个release操作。这个操作改变AQS的状态，改变后的状态可允许一个或多个阻塞线程被接触阻塞。FutureTask的release操作包括run()方法和cancel()方法。
基于“复合优先于继承”的原则，FutureTask生命了一个内部私有的继承于AQS的子类Sync，对FutureTask所有共有方法的调用都会委托给这个内部子类。
AQS被作为“模板方法模式”的基础类提供给FutureTask的内部子类Sync，这个内部子类只需要实现状态检查和状态更新的方法即可，这个方法将控制FutureTask的获取和释放操作。具体来说，Sync实现了AQS的tryAcquireShared(int)方法和tryReleaseShared(int)方法，Sync通过这两个方法来检查和更新同步状态。
Sync是FutureTask的内部私有类，它继承自AQS。创建FutureTask时会创建内部私有哦的成员对象Sync，FutureTask所有的共有方法都直接委托给了内部私有Sync。
FutureTask.get()方法会调用AQS.acquireSharedInterruptibly(int arg)方法。该方法的执行过程如下：
1.调用AQS.acquireSharedInterruptibly(int arg)方法，这个方法首先会回调在子类Sync中实现的tryAcquireShared()方法来判断acquire操作是否可以成功。acquire操作可以成功的条件为：state为执行完成状态RAN或已取消状态CANCELLED，且runner不为null。
2.若成功则get()方法立即返回。若失败则等到线程等待队列中去等待其他线程的release操作。
3.当其他线程执行release操作唤醒当前线程后，当前线程再次执行tryAcquireShares()将返回正值1，当前线程将离开线程等待对了并唤醒它的后继线程。
4.最后返回计算的结果或抛出异常。
FutureTask.run()执行过程如下：
1.执行在构造函数中指定的任务(Callable.call())
2.以原子方式来更新同步状态(调用AQS.compareAnsSetState(int expect, int update)，设置state为执行完成状态RAN)。若这个原子操作成功，就设置代表计算结果的变量result的值为Callable.call()的返回值，然后调用AQS.releaseShared(int arg)。
3.AQS.releaseShared(int arg)首先会回调在子类Sync中实现的tryReleaseShared(arg)来执行release操作(设置运行任务的线程runner为null，然后返回true)；AQS.releaseShared(int arg)，然后唤醒线程等待队列中的第一个线程
4.调用FutureTask.done()
当执行FutureTask.get()方法时，若FutureTask不是处于执行完成状态RAN或已取消状态CANCELLED，当前执行线程将到AQS的线程等待队列中等待。当某个线程执行FutureTask.run()方法或FutureTask.cancel()方法时，会唤醒线程等待队列的第一个线程。
假设开始时FutureTask处于未启动状态或已启动状态，等待队列中已经有3个线程在等待，此时线程D执行get()方法将导致线程D也会到等待队列中去等待。当线程E执行run()方法时，会唤醒队列中的第一个线程A。线程A被唤醒后，首先会把自己从队列中删除，然后唤醒它的后继线程B，最后线程A从get()方法返回。线程B，C和D重复A线程的处理流程。最终在队列中等待的所有线程都被级联唤醒并从get()方法返回。