Java线程池之面试篇

1. 线程池好处:

线程池作用就是限制系统中执行线程的数量。主要有以下两个好处:

a. 提高效率 创建好一定数量的线程放在池中,等需要使用的时候就从池中拿一个,这要比需要的时候创建一个线程对象要快的多。

b. 方便管理 可以编写线程池管理代码对池中的线程同一进行管理,比如说启动时有该程序创建100个线程,每当有请求的时候,就分配一个线程去工作,如果刚好并发有101个请求,那多出的这一个请求可以排队等候,避免因无休止的创建线程导致系统崩溃。
 

2. 线程池组成部分:

一个线程池包括以下四个基本组成部分:
a. 线程池管理器(ThreadPool):用于创建并管理线程池,包括 创建线程池,销毁线程池,添加新任务;
b. 工作线程(PoolWorker):线程池中线程,在没有任务时处于等待状态,可以循环的执行任务;
c. 任务接口(Task):每个任务必须实现的接口,以供工作线程调度任务的执行,它主要规定了任务的入口,任务执行完后的收尾工作,任务的执行状态等;
c. 任务队列(taskQueue):用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。

3. 常见的线程池:

①newSingleThreadExecutor
单个线程的线程池,即线程池中每次只有一个线程工作,单线程串行执行任务
②newFixedThreadExecutor(n)
固定数量的线程池,每提交一个任务就是一个线程,直到达到线程池的最大数量,然后后面进入等待队列直到前面的任务完成才继续执行
③newCacheThreadExecutor(推荐使用)
可缓存线程池,当线程池大小超过了处理任务所需的线程,那么就会回收部分空闲(一般是60秒无执行)的线程,当有任务来时,又智能的添加新线程来执行。
④newScheduleThreadExecutor
大小无限制的线程池,支持定时和周期性的执行线程

在这里插入图片描述
 

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要配置一个线程池是比较复杂的,尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下,很有可能配置的线程池不是较优的,因此在Executors类里面提供了一些静态工厂,生成一些常用的线程池。

3.1 newSingleThreadExecutor

创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作,也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束,那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

3.2 newFixedThreadPool

创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程,直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变,如果某个线程因为执行异常而结束,那么线程池会补充一个新线程。

3.3 newCachedThreadPool

创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程,

那么就会回收部分空闲(60秒不执行任务)的线程,当任务数增加时,此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制,线程池大小完全依赖于操作系统(或者说JVM)能够创建的最大线程大小。

3.4 newScheduledThreadPool

创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。
 

4. 线程池常见参数

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) 

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。
 

5. 每种线程池的使用场景

newSingleThreadExecutor:一个单线程的线程池,可以用于需要保证顺序执行的场景,并且只有一个线程在执行。

newFixedThreadPool:一个固定大小的线程池,可以用于已知并发压力的情况下,对线程数做限制。

newCachedThreadPool:一个可以无限扩大的线程池,比较适合处理执行时间比较小的任务。

newScheduledThreadPool:可以延时启动,定时启动的线程池,适用于需要多个后台线程执行周期任务的场景。

newWorkStealingPool:一个拥有多个任务队列的线程池,可以减少连接数,创建当前可用cpu数量的线程来并行执行。

6.线程池的拒绝策略

当请求任务不断的过来,而系统此时又处理不过来的时候,我们需要采取的策略是拒绝服务。RejectedExecutionHandler接口提供了拒绝任务处理的自定义方法的机会。在ThreadPoolExecutor中已经包含四种处理策略。

  • 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)

    除了JDK默认提供的四种拒绝策略,我们可以根据自己的业务需求去自定义拒绝策略,自定义的方式很简单,直接实现RejectedExecutionHandler接口即可。

查看ThreadPoolExecutor 源码发现 线程池默认的决绝策略为AbortPolicy。

/**
 * The default rejected execution handler
 */
private static final RejectedExecutionHandler defaultHandler = new AbortPolicy();

7.  execute和submit的区别

除了execute方法,还有一个submit方法也可以执行我们提交的任务。

这两个方法有什么区别呢?分别适用于在什么场景下呢?我们来做一个简单的分析。

execute适用于不需要关注返回值的场景,只需要将线程丢到线程池中去执行就可以了。

submit方法适用于需要关注返回值的场景
 

8. 线程池关闭方式

关闭线程池可以调用shutdownNow和shutdown两个方法来实现

shutdownNow:对正在执行的任务全部发出interrupt(),停止执行,对还未开始执行的任务全部取消,并且返回还没开始的任务列表。

shutdown:当我们调用shutdown后,线程池将不再接受新的任务,但也不会去强制终止已经提交或者正在执行中的任务。
 

9. 初始化线程池时线程数的选择

如果任务是IO密集型,一般线程数需要设置2倍CPU数以上,以此来尽量利用CPU资源。

如果任务是CPU密集型,一般线程数量只需要设置CPU数加1即可,更多的线程数也只能增加上下文切换,不能增加CPU利用率。上述只是一个基本思想,如果真的需要精确的控制,还是需要上线以后观察线程池中线程数量跟队列的情况来定。

10. 线程池的几种工作队列

a. ArrayBlockingQueue

是一个基于数组结构的有界阻塞队列,此队列按 FIFO(先进先出)原则对元素进行排序。

b. LinkedBlockingQueue

一个基于链表结构的阻塞队列,此队列按FIFO (先进先出) 排序元素,吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列

c. 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,吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue,静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。

d. PriorityBlockingQueue

一个具有优先级的无限阻塞队列。

11. 构建线程池方式

为什么不建议使用 Executors静态工厂构建线程池

阿里巴巴Java开发手册,明确指出不允许使用Executors静态工厂构建线程池
原因如下:
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

说明:Executors返回的线程池对象的弊端如下:

1:FixedThreadPool 和 SingleThreadPool:
允许的请求队列(底层实现是LinkedBlockingQueue)长度为Integer.MAX_VALUE,可能会堆积大量的请求,从而导致OOM
2:CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool
允许的创建线程数量为Integer.MAX_VALUE,可能会创建大量的线程,从而导致OOM。

创建线程池的正确姿势

避免使用Executors创建线程池,主要是避免使用其中的默认实现,那么我们可以自己直接调用ThreadPoolExecutor的构造函数来自己创建线程池。在创建的同时,给BlockQueue指定容量就可以了。

private static ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(10, 10,
        60L, TimeUnit.SECONDS,
        new ArrayBlockingQueue(10));
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