JUC之Executor面经整理

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一、Callable接口

创建线程的一种方式

Callable和Runnable 的主要区别就是Callable带泛型,有返回值,并且可以在发生错误的时候抛出异常,在需要有返回值或者需要在多线程环境下进行排错时使用。

使用的时候,需要用FutureTask来接收返回值。而且它也要等到线程执行完调用get方法才会执行,也可以用于闭锁操作。


具体使用

为什么这么用呢?我们可以看到,Thread类的构造函数中只有Runable,没有Callable,但是我们先看看下列的实现和继承关系:

而FutureTask中有一个成员变量为private Callable callable; 也就是说,JDK对Runnable接口和Future接口做了包装和实现,在调用的时候也能像Runable一样的去传参。而在调用run()方法的时候,实际上是调用了Callable的call()方法:

问题:那么为什么要用Callable呢,为什么有了Runnable还要用Callable呢?

答案是异步,是减少阻塞,即主线程执行到这个线程时,并不在这里阻塞,而是继续往下执行,这个线程继续进行它的计算,在未来的某一时刻,我们在调用futureTask.get()来获取结果,如果调用这个方法时,计算还没有完成,还是会阻塞,但是我们已经执行完我们想执行的操作啦,提高了并发,充分利用了CPU资源。

举例:

例1-Callable的使用

这里就又有一个疑问,就算是用Runnable执行,也是不会阻塞的呀?但是这里的情况是数据依赖的,我们的后续操作要用的数据,必须是计算完的结果,如果我们用Runnable,我们也必须控制线程的执行顺序,并且还要获取计算结果,是很麻烦的。如下:

例1-Runnable的使用

Callable还有很多优点,比如同一个Callable线程,多次调用start()方法时,只会调用一次,因为结果已经算出来了。Callable还实现了Future接口,提供了cancel()、isCancelled()等方法,使用起来更灵活强大。


二、Executor线程池

1、线程池的概念:

线程池就是首先创建一些线程,它们的集合称为线程池。使用线程池可以很好地提高性能,线程池在系统启动时即创建大量空闲的线程,程序将一个任务传给线程池,线程池就会启动一条线程来执行这个任务,执行结束以后,该线程并不会死亡,而是再次返回线程池中成为空闲状态,等待执行下一个任务。

2、线程池的工作机制

在线程池的编程模式下,任务是提交给整个线程池,而不是直接提交给某个线程,线程池在拿到任务后,就在内部寻找是否有空闲的线程,如果有,则将任务交给某个空闲的线程。

一个线程同时只能执行一个任务,但可以同时向一个线程池提交多个任务。

3、使用线程池的原因:

多线程运行时,系统不断的启动和关闭新线程,成本非常高,会过渡消耗系统资源,以及过渡切换线程的危险,从而可能导致系统资源的崩溃。这时,线程池就是最好的选择了。

4、四种常见的线程池ThreadPoolEcecutor(面试大概率会问,但是一般了解有哪几种以及它们的作用就行)

线程池的返回值ExecutorService,ExecutorService是Java提供的用于管理线程池的类。

(1)Executors.newCacheThreadPool():可缓存线程池。

先查看池中有没有以前建立的线程,如果有,就直接使用;如果没有,就建一个新的线程加入池中。

使用场景:缓存型池子通常用于执行一些生存期很短的异步型任务。

举例:

例2- 可缓存线程池的使用

(2)Executors.newFixedThreadPool(int n):创建一个可重用固定个数的线程池

原理:以共享的无界队列方式来运行这些线程。

例3-  可重用固定个数的线程池的使用

(3)Executors.newScheduledThreadPool(int n):创建一个定长线程池

使用场景:支持定时及周期性任务执行

举例:

例4- 定长线程池 的使用

(4)Executors.newSingleThreadExecutor():创建一个单线程化的线程池

使用:它只会用唯一的工作线程来执行任务,保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

例5- 单线程池的使用

(5)自定义线程池(ThreadPoolExecutor和BlockingQueue连用):

自定义线程池,可以用ThreadPoolExecutor类创建,它有多个构造方法来创建线程池。

常见的构造函数:ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue)


三、线程池实现原理

1、线程池状态

在ThreadPoolExecutor中定义了一个volatile变量,另外定义了几个static final变量表示线程池的各个状态:

volatile int runState;

static final int RUNNING    = 0;

static final int SHUTDOWN   = 1;

static final int STOP       = 2;

static final int TERMINATED = 3;

runState表示当前线程池的状态,它是一个volatile变量用来保证线程之间的可见性;

下面的几个static final变量表示runState可能的几个取值:

running:线程池正在运行,可以接收新的任务

shutdown:线程池不能接收新的任务请求,它会等待所有任务执行完毕

stop:线程池不能接收新的任务请求,并且会尝试终止正在执行的任务

terminated:当线程池处于shutdown或stop状态,并且所有工作线程已经销毁,任务缓存队列已经清空或执行结束后,线程池被设置为terminated状态

2、任务的执行

在了解将任务提交给线程池到任务执行完毕整个过程之前,我们先来看一下ThreadPoolExecutor类中其他的一些比较重要成员变量:

ThreadPoolExecutor类成员变量

这里重点关注:

corePoolSize:核心池大小,相当于一个团队核心人员的数量,可以再招新的人,但心的人就不是核心的人,线程也是这个道理。

maxPoolSize:最大线程数量,可以理解为核心+外围成员最多可以有多少人

largestPoolSize:仅起记录作用,用来记录线程池中曾经有过最大线程数目

(1)execute()提交方法

execute()提交方法

1.如果线程池中当前线程数不小于核心池大小或线程池中当前线程数小于核心池大小,那么就会直接进入下面的if语句块了。

2.如果当前线程池处于RUNNING状态,则将任务放入任务缓存队列;如果当前线程池不处于RUNNING状态或者任务放入缓存队列失败,则执行

3.如果执行addIfUnderMaximumPoolSize方法失败,则执行reject()方法进行任务拒绝处理。

4.这句判断是为了防止在将此任务添加进任务缓存队列的同时其他线程突然调用shutdown或者shutdownNow方法关闭了线程池的一种应急措施

面试常问问题:ThreadPoolExcutor线程池的底层原理

1、首先考虑核心线程池大小corePoolSize、最大线程数量maxPoolSize

个人思考:核心池大小根据日常平均可能用到的线程数来设置,最大线程数根据峰值来设置,可以用largestPoolSize来记录以便我们进行判断更新线程池大小

2、其次考虑阻塞队列的大小,阻塞队列满了应该采取什么策略?

(1)阻塞队列的大小根据上面的maxPoolSize-corePoolSize

(2)线程池可选择的阻塞队列:

1.无界队列LinkedBlockingQueue

2.有界队列:ArrayBlockingQueue

3.同步移交队列SynchronousQueue,不存储元素的阻塞队列,每个插入的操作必需等待另外一个线程取出元素(如生产者消费者、RocketMQ均用到这个)。

(3)饱和策略

1.AbortPolicy终止策略(默认):抛出异常

2.DiscardPolicy丢弃策略:什么都不做

3.DiscardOldestPolicy丢弃旧任务策略:丢弃最久的任务,执行当前的任务

4.callerRunsPolicy:调用者自运行策略,调用方执行自己的任务

3、参考JAVA线程池处理流程源码

JAVA线程池处理流程
JAVA线程池处理流程

第一步:主线程调用execute()方法来执行一个线程任务

第二步:如果核心线程池没有满,会立即创建新的线程来执行任务,如果核心线程池已经满了,则会调用方法2

第三步:当阻塞队列也和核心线程都满了之后,会执行方法3,从最大线程池数量里面获取线程,前提是不超过最大线程数

第四步:如果方法3也没法走通,接着执行方法4,执行饱和策略

第5步:如果饱和策略是 CallerRunsPolicy , 交给主线程自己去运行任务的run方法

4、线程池的状态

线程池的状态及转换








四、Future

作用:实现异步编程

简单步骤:

例6- Future简单使用

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