Java线程池面试题

Java线程池概念

顾名思义，管理线程的池子，相比于手工创建、运行线程，使用线程池，有如下优点

降低线程创建和销毁线程造成的开销

提高响应速度。任务到达时，相对于手工创建一个线程，直接从线程池中拿线程，速度肯定快很多

提高线程可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制地创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统稳定性，使用线程池可以进行同意分配、调优和监控

Java线程池创建

无论是创建何种类型线程池(FixedThreadPool、CachedThreadPool...)，均会调用ThreadPoolExecutor构造函数，下面详细解读各个参数的作用

publicThreadPoolExecutor(intcorePoolSize,intmaximumPoolSize,longkeepAliveTime,TimeUnitunit,BlockingQueueworkQueue){this(corePoolSize,maximumPoolSize,keepAliveTime,unit,workQueue,Executors.defaultThreadFactory(),defaultHandler);}

corePoolSize:核心线程最大数量，通俗点来讲就是，线程池中常驻线程的最大数量

maximumPoolSize:线程池中运行最大线程数(包括核心线程和非核心线程)

keepAliveTime:线程池中空闲线程（仅适用于非核心线程）所能存活的最长时间

unit:存活时间单位，与keepAliveTime搭配使用

workQueue：存放任务的阻塞队列

handler:线程池饱和策略

线程池执行流程

当提交一个新任务，线程池的处理流程如下：

判断线程池中核心线程数是否已达阈值corePoolSize,若否，则创建一个新核心线程执行任务

若核心线程数已达阈值corePoolSize,判断阻塞队列workQueue是否已满，若未满，则将新任务添加进阻塞队列

若满，再判断，线程池中线程数是否达到阈值maximumPoolSize,若否，则新建一个非核心线程执行任务。若达到阈值，则执行线程池饱和策略。

线程池饱和策略分为一下几种：

AbortPolicy:直接抛出一个异常，默认策略

DiscardPolicy: 直接丢弃任务

DiscardOldestPolicy:抛弃下一个将要被执行的任务(最旧任务)

CallerRunsPolicy:主线程中执行任务

从流程角度，更形象的图：

从结构角度，更形象的图：

几种典型的工作队列

ArrayBlockingQueue:使用数组实现的有界阻塞队列，特性先进先出

LinkedBlockingQueue:使用链表实现的阻塞队列，特性先进先出，可以设置其容量，默认为Interger.MAX_VALUE，特性先进先出

PriorityBlockingQueue:使用平衡二叉树堆，实现的具有优先级的无界阻塞队列

DelayQueue:无界阻塞延迟队列，队列中每个元素均有过期时间，当从队列获取元素时，只有过期元素才会出队列。队列头元素是最块要过期的元素。

SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列，每个插入操作，必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态

publicstaticExecutorServicenewFixedThreadPool(intnThreads,ThreadFactorythreadFactory){returnnewThreadPoolExecutor(nThreads,nThreads,0L,TimeUnit.MILLISECONDS,newLinkedBlockingQueue(),threadFactory);}

几种典型的线程池

SingleThreadExecutor

publicstaticExecutorServicenewSingleThreadExecutor(){returnnewFinalizableDelegatedExecutorService(newThreadPoolExecutor(1,1,0L,TimeUnit.MILLISECONDS,newLinkedBlockingQueue()));}

创建单个线程。它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。SingleThreadExecutor的corePoolSize和maximumPoolSize被设置为1，使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列。

当线程池中没有线程时，会创建一个新线程来执行任务。

当前线程池中有一个线程后，将新任务加入LinkedBlockingQueue

线程执行完第一个任务后，会在一个无限循环中反复从LinkedBlockingQueue 获取任务来执行。

使用场景：适用于串行执行任务场景

FixedThreadPool

publicstaticExecutorServicenewFixedThreadPool(intnThreads,ThreadFactorythreadFactory){returnnewThreadPoolExecutor(nThreads,nThreads,0L,TimeUnit.MILLISECONDS,newLinkedBlockingQueue(),threadFactory);}

corePoolSize等于maximumPoolSize,所以线程池中只有核心线程，使用无界阻塞队列LinkedBlockingQueue作为工作队列

FixedThreadPool是一种线程数量固定的线程池，当线程处于空闲状态时，他们并不会被回收，除非线程池被关闭。当所有的线程都处于活动状态时，新的任务都会处于等待状态，直到有线程空闲出来。

如果当前运行的线程数少于corePoolSize，则创建新线程来执行任务。

在线程数目达到corePoolSize后，将新任务放到LinkedBlockingQueue阻塞队列中。

线程执行完(1)中任务后，会在循环中反复从LinkedBlockingQueue获取任务来执行。

使用场景：适用于处理CPU密集型的任务，确保CPU在长期被工作线程使用的情况下，尽可能的少的分配线程，即适用执行长期的任务。

CachedThreadPool

publicstaticExecutorServicenewCachedThreadPool(){returnnewThreadPoolExecutor(0,Integer.MAX_VALUE,60L,TimeUnit.SECONDS,newSynchronousQueue());}

核心线程数为0，总线程数量阈值为Integer.MAX_VALUE,即可以创建无限的非核心线程

执行流程

先执行SynchronousQueue的offer方法提交任务，并查询线程池中是否有空闲线程来执行SynchronousQueue的poll方法来移除任务。如果有，则配对成功，将任务交给这个空闲线程

否则，配对失败，创建新的线程去处理任务

当线程池中的线程空闲时，会执行SynchronousQueue的poll方法等待执行SynchronousQueue中新提交的任务。若等待超过60s,空闲线程就会终止

流程形象图

结构形象图

使用场景：执行大量短生命周期任务。因为maximumPoolSize是无界的，所以提交任务的速度 > 线程池中线程处理任务的速度就要不断创建新线程；每次提交任务，都会立即有线程去处理，因此CachedThreadPool适用于处理大量、耗时少的任务。

ScheduledThreadPoolExecutor

publicstaticScheduledExecutorServicenewScheduledThreadPool(intcorePoolSize){returnnewScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);}publicScheduledThreadPoolExecutor(intcorePoolSize){super(corePoolSize,Integer.MAX_VALUE,0,NANOSECONDS,newDelayedWorkQueue());}

线程总数阈值为Integer.MAX_VALUE,工作队列使用DelayedWorkQueue，非核心线程存活时间为0，所以线程池仅仅包含固定数目的核心线程。

两种方式提交任务：

scheduleAtFixedRate: 按照固定速率周期执行

scheduleWithFixedDelay：上个任务延迟固定时间后执行

更多细节可以看 周期性线程池newScheduledThreadPool详解

使用场景：周期性执行任务，并且需要限制线程数量的场景

面试题：使用无界队列的线程池会导致内存飙升吗？

答案 ：会的，newFixedThreadPool使用了无界的阻塞队列LinkedBlockingQueue，如果线程获取一个任务后，任务的执行时间比较长，会导致队列的任务越积越多，导致机器内存使用不停飙升， 最终导致OOM

<阿里巴巴手册>有一个规范:

线程池不允许使用Executors去创建，而是通过ThreadPoolExecutor的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。

所以一般都是通过ThreadPoolExecutor自定义线程池;

说明：Executors 各个方法的弊端：

1）newFixedThreadPool 和 newSingleThreadExecutor:

主要问题是堆积的请求处理队列可能会耗费非常大的内存，甚至 OOM。

2）newCachedThreadPool 和 newScheduledThreadPool:

主要问题是线程数最大数是 Integer.MAX_VALUE，可能会创建数量非常多的线程，甚至 OOM。

合理配置线程池大小

要想合理的配置线程池，就必须首先分析任务特性，可以从以下几个角度来进行分析：

任务的性质：CPU密集型任务，IO密集型任务和混合型任务。

任务的优先级：高，中和低。

任务的执行时间：长，中和短。

任务的依赖性：是否依赖其他系统资源，如数据库连接。

根据任务所需要的cpu和io资源的量可以分为，

CPU密集型任务:  主要是执行计算任务，响应时间很快，cpu一直在运行，这种任务cpu的利用率很高。

IO密集型任务：主要是进行IO操作，执行IO操作的时间较长，这是cpu出于空闲状态，导致cpu的利用率不高。

为了合理最大限度的使用系统资源同时也要保证的程序的高性能，可以给CPU密集型任务和IO密集型任务配置一些线程数。

CPU密集型：线程个数为CPU核数。这几个线程可以并行执行，不存在线程切换到开销，提高了cpu的利用率的同时也减少了切换线程导致的性能损耗

IO密集型：线程个数为CPU核数的两倍。到其中的线程在IO操作的时候，其他线程可以继续用cpu，提高了cpu的利用率。