java经典面试题之线程池

经典面试题总结：

1：Java的线程池说一下，各个参数的作用，如何进行的?
2：按线程池内部机制，当提交新任务时，有哪些异常要考虑。
3：线程池都有哪几种工作队列？
4：使用无界队列的线程池会导致内存飙升吗？
5：说说几种常见的线程池及使用场景?

面试题解析：

1. Java的线程池说一下，各个参数的作用，如何进行的?

需要了解下java线程池常用参数与执行流程以及拒绝策略：

java线程池的常见参数：

corePoolSize：核心线程数量，会一直存在，除非allowCoreThreadTimeOut设置为true
maximumPoolSize：线程池允许的最大线程池数量
keepAliveTime：线程数量超过corePoolSize，空闲线程的最大超时时间
unit：超时时间的单位
workQueue：工作队列，保存未执行的Runnable 任务
threadFactory：创建线程的工厂类
handler：当线程已满，工作队列也满了的时候，会被调用。被用来实现各种拒绝策略。
 

执行流程，如下图：

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1. 提交一个任务，线程池里存活的核心线程数小于线程数corePoolSize时，线程池会创建一个核心线程去处理提交的任务。
2. 如果线程池核心线程数已满，即线程数已经等于corePoolSize，一个新提交的任务，会被放进任务队列workQueue排队等待执行。
3. 当线程池里面存活的线程数已经等于corePoolSize了,并且任务队列workQueue也满，判断线程数是否达到maximumPoolSize，即最大线程数是否已满，如果没到达，创建一个非核心线程执行提交的任务。
4. 如果当前的线程数达到了maximumPoolSize，还有新的任务过来的话，直接采用拒绝策略处理。

四种拒绝策略
AbortPolicy(抛出一个异常，默认的)
DiscardPolicy(直接丢弃任务)
DiscardOldestPolicy（丢弃队列里最老的任务，将当前这个任务继续提交给线程池）
CallerRunsPolicy（交给线程池调用所在的线程进行处理)

到这里，第一个问题就已经迎刃而解了。

2：按线程池内部机制，当提交新任务时，有哪些异常要考虑。

线程池异常处理
在使用线程池处理任务的时候，任务代码可能抛出RuntimeException，抛出异常后，线程池可能捕获它，也可能创建一个新的线程来代替异常的线程，我们可能无法感知任务出现了异常，因此我们需要考虑线程池异常情况。

具体的解决方案有如下几种:

A. 在任务代码try/catch捕获异常

public static void testThreadPool() {
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
        for (int i=0; i<10; i++) {
            threadPool.submit(() -> {
                try {
                    List<String> lists = new ArrayList<String>();
                    System.out.println(lists.get(1));
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
    }

B. 通过Future对象的get方法接收抛出的异常

 public static void testFuture() {
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
        for (int i=0; i<10; i++) {
            Future future = threadPool.submit(() -> {
                List<String> lists = new ArrayList<String>();
                System.out.println(lists.get(1));
            });
            try {
                future.get();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

C.为工作者线程设置UncaughtExceptionHandler，在uncaughtException方法中处理异常

public static void testExceptionHandler(){
        ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor(r->{
            Thread t = new Thread(r);
            t.setUncaughtExceptionHandler((t1,e) -> {
                System.out.println(t1.getName() +e);
            });
            return t;
        });
        threadPool.execute(()->{
            List<String> lists = new ArrayList<String>();
            System.out.println(lists.get(1));
        });
    }

D. 重写ThreadPoolExecutor的afterExecute方法，处理传递的异常引用

class ExtendedExecutor extends ThreadPoolExecutor {
    // 这可是jdk文档里面给的例子。。
    protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {
        super.afterExecute(r, t);
        if (t == null && r instanceof Future<?>) {
            try {
                Object result = ((Future<?>) r).get();
            } catch (CancellationException ce) {
                t = ce;
            } catch (ExecutionException ee) {
                t = ee.getCause();
            } catch (InterruptedException ie) {
                Thread.currentThread().interrupt(); // ignore/reset
            }
        }
        if (t != null)
            System.out.println(t);
    }
}}

整理如下图：

3. 线程池的工作队列

• ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue（有界队列）是一个用数组实现的有界阻塞队列，按FIFO排序量。

• LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue（可设置容量队列）基于链表结构的阻塞队列，按FIFO排序任务，容量可以选择进行设置，不设置的话，将是一个无边界的阻塞队列，最大长度为Integer.MAX_VALUE，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQuene；newFixedThreadPool线程池使用了这个队列

• DelayQueue

DelayQueue（延迟队列）是一个任务定时周期的延迟执行的队列。根据指定的执行时间从小到大排序，否则根据插入到队列的先后排序。newScheduledThreadPool线程池使用了这个队列。

• PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue（优先级队列）是具有优先级的无界阻塞队列；

• SynchronousQueue

SynchronousQueue（同步队列）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，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQuene，newCachedThreadPool线程池使用了这个队列。

4. 使用无界队列的线程池会导致内存飙升吗？

使用无界队列的线程池会导致内存飙升 ， 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(比如，上面demo设置了10秒)，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， 所以建议不要直接通过Executors静态工厂构建线程池，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。

5. 说说几种常见的线程池及使用场景?

• newFixedThreadPool (固定数目线程的线程池)
• newCachedThreadPool(可缓存线程的线程池)
• newSingleThreadExecutor(单线程的线程池)
• newScheduledThreadPool(定时及周期执行的线程池)

A . newFixedThreadPool

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                      threadFactory);
    }

线程池特点：

• 核心线程数和最大线程数大小一样
• 没有所谓的非空闲时间，即keepAliveTime为0
• 阻塞队列为无界队列LinkedBlockingQueue

工作机制如图：

• 提交任务
• 如果线程数少于核心线程，创建核心线程执行任务
• 如果线程数等于核心线程，把任务添加到LinkedBlockingQueue阻塞队列
• 如果线程执行完任务，去阻塞队列取任务，继续执行。

使用场景

FixedThreadPool 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。

newCachedThreadPool

public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>(),
                                      threadFactory);
    }

线程池特点：

• 核心线程数为0
• 最大线程数为Integer.MAX_VALUE
• 阻塞队列是SynchronousQueue
• 非核心线程空闲存活时间为60秒

当提交任务的速度大于处理任务的速度时，每次提交一个任务，就必然会创建一个线程。极端情况下会创建过多的线程，耗尽 CPU 和内存资源。由于空闲 60 秒的线程会被终止，长时间保持空闲的 CachedThreadPool 不会占用任何资源。

工作机制

• 提交任务
• 因为没有核心线程，所以任务直接加到SynchronousQueue队列。
• 判断是否有空闲线程，如果有，就去取出任务执行。
• 如果没有空闲线程，就新建一个线程执行。
• 执行完任务的线程，还可以存活60秒，如果在这期间，接到任务，可以继续活下去；否则，被销毁。

newSingleThreadExecutor

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                    threadFactory));
    }

线程池特点

• 核心线程数为1
• 最大线程数也为1
• 阻塞队列是LinkedBlockingQueue
• keepAliveTime为0

工作机制

• 提交任务
• 线程池是否有一条线程在，如果没有，新建线程执行任务
• 如果有，将任务加到阻塞队列
• 当前的唯一线程，从队列取任务，执行完一个，再继续取，一个人（一条线程）夜以继日地干活。

newScheduledThreadPool

 public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
        super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
              new DelayedWorkQueue());
    }

线程池特点

• 最大线程数为Integer.MAX_VALUE
• 阻塞队列是DelayedWorkQueue
• keepAliveTime为0
• scheduleAtFixedRate() ：按某种速率周期执行
• scheduleWithFixedDelay()：在某个延迟后执行

工作机制

• 添加一个任务
• 线程池中的线程从 DelayQueue 中取任务
• 线程从 DelayQueue 中获取 time 大于等于当前时间的task
• 执行完后修改这个 task 的 time 为下次被执行的时间
• 这个 task 放回DelayQueue队列中

使用场景

周期性执行任务的场景，需要限制线程数量的场景

回到面试题：说说几种常见的线程池及使用场景？

回答这四种经典线程池 ：newFixedThreadPool，newSingleThreadExecutor，newCachedThreadPool，newScheduledThreadPool，分线程池特点，工作机制，使用场景分开描述，再分析可能存在的问题，比如newFixedThreadPool内存飙升问题 即可

使用场景总结：

newFixedThreadPool : 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。

newCachedThreadPool:  用于并发执行大量短期的小任务。

newSingleThreadExecutor: 适用于串行执行任务的场景，一个任务一个任务地执行。

newScheduledThreadPool ：周期性执行任务的场景，需要限制线程数量的场景;

线程池状态

线程池有这几个状态：RUNNING,SHUTDOWN,STOP,TIDYING,TERMINATED。

   //线程池状态
   private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
   private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
   private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
   private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
   private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

线程池各个状态切换图：

RUNNING

• 该状态的线程池会接收新任务，并处理阻塞队列中的任务;
• 调用线程池的shutdown()方法，可以切换到SHUTDOWN状态;
• 调用线程池的shutdownNow()方法，可以切换到STOP状态;

SHUTDOWN

• 该状态的线程池不会接收新任务，但会处理阻塞队列中的任务；
• 队列为空，并且线程池中执行的任务也为空,进入TIDYING状态;

STOP

• 该状态的线程不会接收新任务，也不会处理阻塞队列中的任务，而且会中断正在运行的任务；
• 线程池中执行的任务为空,进入TIDYING状态;

TIDYING

• 该状态表明所有的任务已经运行终止，记录的任务数量为0。
• terminated()执行完毕，进入TERMINATED状态

TERMINATED

• 该状态表示线程池彻底终止