關(guān)于線程池的面試題

問(wèn)題

問(wèn)題：

  1. 單機(jī)上一個(gè)線程正在處理服務(wù)，如果忽然斷電了怎么辦（正在處理和阻塞隊(duì)列里的請(qǐng)求怎么處理）
  2. 為什么要使用線程池，線程池用什么用
  3. 說(shuō)說(shuō)幾種常見(jiàn)的線程池及使用場(chǎng)景
  4. 線程池有哪幾種工作隊(duì)列
  5. 怎么理解無(wú)界隊(duì)列和有界隊(duì)列
  6. 線程池中的幾種重要的參數(shù)及流程

1. 為什么要使用線程池，線程池用什么用

  1. 降低資源消耗：通過(guò)重用已經(jīng)創(chuàng)建的線程來(lái)降低線程創(chuàng)建和銷毀的消耗
  2. 提高響應(yīng)速度：任務(wù)到達(dá)時(shí)不需要等待線程創(chuàng)建就可以立即執(zhí)行
  3. 提高線程的可管理性：線程池可以統(tǒng)一管理、分配、調(diào)優(yōu)和監(jiān)控

2. 說(shuō)說(shuō)幾種常見(jiàn)的線程池及使用場(chǎng)景

  • newFixedThreadPool（固定大小的線程池）
  • newSingleThreadExecutor（單線程線程池）
  • newCachedThreadPool（可緩存線程的線程池）
  • newScheduledThreadPool

newFixedThreadPool

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

線程池特點(diǎn)：

  • 核心線程數(shù)和最大線程數(shù)大小一樣
  • keepAliveTime為0
  • 阻塞隊(duì)列是LinkedBlockingQueue

它是固定大小的線程池，其核心線程數(shù)和最大線程數(shù)大小一樣。并且阻塞隊(duì)列用的是LinkedBlockingQueue，也就是說(shuō)線程最大數(shù)這個(gè)參數(shù)失效了基本，所以不會(huì)出現(xiàn)外包線程的存在，所以也可以認(rèn)為keepAliveTime參數(shù)是一個(gè)擺設(shè)。除非allowCoreThreadTimeOut方法的調(diào)用。

該線程池的工作機(jī)制是：

  1. 線程數(shù)少于核心線程數(shù)，也就是設(shè)置的線程數(shù)時(shí)，新建線程執(zhí)行任務(wù)
  2. 線程數(shù)等于核心線程數(shù)后，將任務(wù)加入阻塞隊(duì)列
    1. 由于隊(duì)列容量非常大(Integer.MAX_VALUE)，可以一直加加加。(當(dāng)線程池中的任務(wù)比較特殊時(shí)，比如關(guān)于數(shù)據(jù)庫(kù)的長(zhǎng)時(shí)間的IO操作，可能導(dǎo)致OOM)
  3. 執(zhí)行完任務(wù)的線程反復(fù)去隊(duì)列中取任務(wù)執(zhí)行

適用場(chǎng)景：

FixedThreadPool 適用于處理CPU密集型的任務(wù)，確保CPU在長(zhǎng)期被工作線程使用的情況下，盡可能的少的分配線程即可。一般Ncpu+1

newSingleThreadExecutor

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

線程池特點(diǎn)：

  • 核心線程數(shù)和最大線程數(shù)大小一樣且都是1
  • keepAliveTime為0
  • 阻塞隊(duì)列是LinkedBlockingQueue

該線程池的工作機(jī)制是：

  1. 線程池中沒(méi)有線程時(shí)，新建一個(gè)線程執(zhí)行任務(wù)
  2. 有一個(gè)線程以后，將任務(wù)加入阻塞隊(duì)列，不停加加加
  3. 唯一的這一個(gè)線程不停地去隊(duì)列里取任務(wù)執(zhí)行

適用場(chǎng)景：

SingleThreadExecutor適用于串行執(zhí)行任務(wù)的場(chǎng)景，每個(gè)任務(wù)必須按順序執(zhí)行，不需要并發(fā)執(zhí)行。

newCachedThreadPool

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

線程池特點(diǎn)：

  • 核心線程數(shù)為0，且最大線程數(shù)為Integer.MAX_VALUE
  • 阻塞隊(duì)列是SynchronousQueue

SynchronousQueue：一個(gè)不存儲(chǔ)元素的阻塞隊(duì)列。每個(gè)插入操作必須等到另一個(gè)線程調(diào)用移除操作，否則插入操作一直處于阻塞狀態(tài)，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue

鎖當(dāng)提交任務(wù)的速度大于處理任務(wù)的速度時(shí)，每次提交一個(gè)任務(wù)，就必然會(huì)創(chuàng)建一個(gè)線程。極端情況下會(huì)創(chuàng)建過(guò)多的線程，耗盡 CPU 和內(nèi)存資源。由于空閑 60 秒的線程會(huì)被終止，長(zhǎng)時(shí)間保持空閑的 CachedThreadPool 不會(huì)占用任何資源。

該線程池的工作機(jī)制是：

  1. 沒(méi)有核心線程，直接向SynchronousQueue中提交任務(wù)
  2. 如果有空閑線程，就去取出任務(wù)執(zhí)行；如果沒(méi)有空閑線程，就新建一個(gè)
  3. 執(zhí)行完任務(wù)的線程有60秒生存時(shí)間，如果在這個(gè)時(shí)間內(nèi)可以接到新任務(wù)，就可以繼續(xù)活下去，否則就拜拜

適用場(chǎng)景：

CachedThreadPool 用于并發(fā)執(zhí)行大量短期的小任務(wù)。

newScheduledThreadPool

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}


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

private static final long DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS = 10L;

線程池特點(diǎn)：

  • 最大線程數(shù)為Integer.MAX_VALUE
  • 阻塞隊(duì)列是DelayedWorkQueue

ScheduledThreadPoolExecutor 添加任務(wù)提供了另外兩個(gè)方法：

  • scheduleAtFixedRate() ：按某種速率周期執(zhí)行
  • scheduleWithFixedDelay()：在某個(gè)延遲后執(zhí)行

兩種方法的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)都是創(chuàng)建了一個(gè)ScheduledFutureTask對(duì)象封裝了任務(wù)的延遲執(zhí)行時(shí)間及執(zhí)行周期，并調(diào)用decorateTask()方法轉(zhuǎn)成RunnableScheduledFuture對(duì)象，然后添加到延遲隊(duì)列中。

DelayQueue：中封裝了一個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，這個(gè)隊(duì)列會(huì)對(duì)隊(duì)列中的ScheduledFutureTask 進(jìn)行排序，兩個(gè)任務(wù)的執(zhí)行 time 不同時(shí)，time 小的先執(zhí)行；否則比較添加到隊(duì)列中的ScheduledFutureTask的順序號(hào) sequenceNumber ，先提交的先執(zhí)行。

該線程池的工作機(jī)制是：

  1. 調(diào)用上面兩個(gè)方法添加一個(gè)任務(wù)
  2. 線程池中的線程從 DelayQueue 中取任務(wù)
  3. 然后執(zhí)行任務(wù)

具體執(zhí)行步驟：

  1. 線程從 DelayQueue 中獲取 time 大于等于當(dāng)前時(shí)間的 ScheduledFutureTask
    1. DelayQueue.take()
  2. 執(zhí)行完后修改這個(gè) task 的 time 為下次被執(zhí)行的時(shí)間
  3. 然后再把這個(gè) task 放回隊(duì)列中
    1. DelayQueue.add()

適用場(chǎng)景：

ScheduledThreadPoolExecutor用于需要多個(gè)后臺(tái)線程執(zhí)行周期任務(wù)，同時(shí)需要限制線程數(shù)量的場(chǎng)景。

3. 線程池有哪幾種工作隊(duì)列

  • ArrayBlockingQueue （有界隊(duì)列）：是一個(gè)基于數(shù)組結(jié)構(gòu)的有界阻塞隊(duì)列，此隊(duì)列按 FIFO（先進(jìn)先出）原則對(duì)元素進(jìn)行排序。
  • LinkedBlockingQueue （無(wú)界隊(duì)列）：一個(gè)基于鏈表結(jié)構(gòu)的阻塞隊(duì)列，此隊(duì)列按FIFO （先進(jìn)先出） 排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。靜態(tài)工廠方法Executors.newFixedThreadPool()使用了這個(gè)隊(duì)列。
  • SynchronousQueue（同步隊(duì)列）: 一個(gè)不存儲(chǔ)元素的阻塞隊(duì)列。每個(gè)插入操作必須等到另一個(gè)線程調(diào)用移除操作，否則插入操作一直處于阻塞狀態(tài)，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，靜態(tài)工廠方法Executors.newCachedThreadPool使用了這個(gè)隊(duì)列。
  • DelayQueue（延遲隊(duì)列）：一個(gè)任務(wù)定時(shí)周期的延遲執(zhí)行的隊(duì)列。根據(jù)指定的執(zhí)行時(shí)間從小到大排序，否則根據(jù)插入到隊(duì)列的先后排序。
  • PriorityBlockingQueue（優(yōu)先級(jí)隊(duì)列）: 一個(gè)具有優(yōu)先級(jí)得無(wú)限阻塞隊(duì)列。

4. 怎么理解無(wú)界隊(duì)列和有界隊(duì)列

  • 有界隊(duì)列即長(zhǎng)度有限，滿了以后ArrayBlockingQueue會(huì)插入阻塞。
  • 無(wú)界隊(duì)列就是里面能放無(wú)數(shù)的東西而不會(huì)因?yàn)殛?duì)列長(zhǎng)度限制被阻塞，但是可能會(huì)出現(xiàn)OOM異常。

5. 線程池中的幾種重要的參數(shù)及流程

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    if (corePoolSize < 0 ||
        maximumPoolSize <= 0 ||
        maximumPoolSize < corePoolSize ||
        keepAliveTime < 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
        throw new NullPointerException();
    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}
  • corePoolSize：核心池的大小，在創(chuàng)建了線程池后，默認(rèn)情況下，線程池中并沒(méi)有任何線程，而是等待有任務(wù)到來(lái)才創(chuàng)建線程去執(zhí)行任務(wù)，當(dāng)有任務(wù)來(lái)之后，就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)線程去執(zhí)行任務(wù)，當(dāng)線程池中的線程數(shù)目達(dá)到corePoolSize后，就會(huì)把到達(dá)的任務(wù)放到緩存隊(duì)列當(dāng)中
  • maximumPoolSize：線程池最大線程數(shù)最大線程數(shù)
  • keepAliveTime：表示線程沒(méi)有任務(wù)執(zhí)行時(shí)最多保持多久時(shí)間會(huì)終止
  • unit：參數(shù)keepAliveTime的時(shí)間單位TimeUtil類的枚舉類（DAYS、HOURS、MINUTES、SECONDS 等）
  • workQueue：阻塞隊(duì)列，用來(lái)存儲(chǔ)等待執(zhí)行的任務(wù)
  • threadFactory：線程工廠，主要用來(lái)創(chuàng)建線程
  • handler：拒絕處理任務(wù)的策略
    • AbortPolicy：丟棄任務(wù)并拋出 RejectedExecutionException 異常。（默認(rèn)這種）
    • DiscardPolicy：也是丟棄任務(wù)，但是不拋出異常
    • DiscardOldestPolicy：丟棄隊(duì)列最前面的任務(wù)，然后重新嘗試執(zhí)行任務(wù)（重復(fù)此過(guò)程）
    • CallerRunsPolicy：由調(diào)用線程處理該任務(wù)
image

執(zhí)行流程

  1. 當(dāng)有任務(wù)進(jìn)入時(shí)，線程池創(chuàng)建線程去執(zhí)行任務(wù)，直到核心線程數(shù)滿為止
  2. 核心線程數(shù)量滿了之后，任務(wù)就會(huì)進(jìn)入一個(gè)緩沖的任務(wù)隊(duì)列中
    1. 當(dāng)任務(wù)隊(duì)列為無(wú)界隊(duì)列時(shí)，任務(wù)就會(huì)一直放入緩沖的任務(wù)隊(duì)列中，不會(huì)和最大線程數(shù)量進(jìn)行比較
    2. 當(dāng)任務(wù)隊(duì)列為有界隊(duì)列時(shí)，任務(wù)先放入緩沖的任務(wù)隊(duì)列中，當(dāng)任務(wù)隊(duì)列滿了之后，才會(huì)將任務(wù)放入線程池，此時(shí)會(huì)拿當(dāng)前線程數(shù)與線程池允許的最大線程數(shù)進(jìn)行比較，如果超出了，則默認(rèn)會(huì)拋出異常。如果沒(méi)超出，然后線程池才會(huì)創(chuàng)建線程并執(zhí)行任務(wù)，當(dāng)任務(wù)執(zhí)行完，又會(huì)將緩沖隊(duì)列中的任務(wù)放入線程池中，然后重復(fù)此操作。

6. 單機(jī)上一個(gè)線程正在處理服務(wù)，如果忽然斷電了怎么辦（正在處理和阻塞隊(duì)列里的請(qǐng)求怎么處理）

經(jīng)過(guò)網(wǎng)上查閱，發(fā)現(xiàn)基本是沒(méi)有一個(gè)明確的回答的。不過(guò)思考過(guò)后一番，我感覺(jué)實(shí)現(xiàn)思路和MySQL的redo，undo功能很相似，我們可以對(duì)正在處理和阻塞隊(duì)列的任務(wù)做事物管理或者對(duì)阻塞隊(duì)列中的任務(wù)持久化處理，并且當(dāng)斷電或者系統(tǒng)崩潰，操作無(wú)法繼續(xù)下去的時(shí)候，可以通過(guò)回溯日志的方式來(lái)撤銷正在處理的已經(jīng)執(zhí)行成功的操作。然后重新執(zhí)行整個(gè)阻塞隊(duì)列。

即：

阻塞隊(duì)列持久化，正在處理事物控制。斷電之后正在處理的回滾，日志恢復(fù)該次操作。服務(wù)器重啟后阻塞隊(duì)列中的數(shù)據(jù)再加載

參考

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