前言
掌握線程池是后端程序員的基本要求，相信大家求職面試過程中，幾乎都會(huì)被問到有關(guān)于線程池的問題。我在網(wǎng)上搜集了幾道經(jīng)典的線程池面試題，并以此為切入點(diǎn)，談?wù)勎覍?duì)線程池的理解。如果有哪里理解不正確，非常希望大家指出，接下來大家一起分析學(xué)習(xí)吧。
經(jīng)典面試題
面試問題1：Java的線程池說一下，各個(gè)參數(shù)的作用，如何進(jìn)行的?
面試問題2：按線程池內(nèi)部機(jī)制，當(dāng)提交新任務(wù)時(shí)，有哪些異常要考慮。
面試問題3：線程池都有哪幾種工作隊(duì)列？
面試問題4：使用無界隊(duì)列的線程池會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存飆升嗎？
面試問題5：說說幾種常見的線程池及使用場(chǎng)景?
線程池概念
線程池： 簡(jiǎn)單理解，它就是一個(gè)管理線程的池子。
它幫我們管理線程，避免增加創(chuàng)建線程和銷毀線程的資源損耗。因?yàn)榫€程其實(shí)也是一個(gè)對(duì)象，創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，需要經(jīng)過類加載過程，銷毀一個(gè)對(duì)象，需要走GC垃圾回收流程，都是需要資源開銷的。
提高響應(yīng)速度。 如果任務(wù)到達(dá)了，相對(duì)于從線程池拿線程，重新去創(chuàng)建一條線程執(zhí)行，速度肯定慢很多。
重復(fù)利用。 線程用完，再放回池子，可以達(dá)到重復(fù)利用的效果，節(jié)省資源。
線程池的創(chuàng)建
線程池可以通過ThreadPoolExecutor來創(chuàng)建，我們來看一下它的構(gòu)造函數(shù)：
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler)
幾個(gè)核心參數(shù)的作用：
corePoolSize： 線程池核心線程數(shù)最大值
maximumPoolSize： 線程池最大線程數(shù)大小
keepAliveTime： 線程池中非核心線程空閑的存活時(shí)間大小
unit： 線程空閑存活時(shí)間單位
workQueue： 存放任務(wù)的阻塞隊(duì)列
threadFactory： 用于設(shè)置創(chuàng)建線程的工廠，可以給創(chuàng)建的線程設(shè)置有意義的名字，可方便排查問題。
handler： 線城池的飽和策略事件，主要有四種類型。
任務(wù)執(zhí)行
線程池執(zhí)行流程，即對(duì)應(yīng)execute()方法：
提交一個(gè)任務(wù)，線程池里存活的核心線程數(shù)小于線程數(shù)corePoolSize時(shí)，線程池會(huì)創(chuàng)建一個(gè)核心線程去處理提交的任務(wù)。
如果線程池核心線程數(shù)已滿，即線程數(shù)已經(jīng)等于corePoolSize，一個(gè)新提交的任務(wù)，會(huì)被放進(jìn)任務(wù)隊(duì)列workQueue排隊(duì)等待執(zhí)行。
當(dāng)線程池里面存活的線程數(shù)已經(jīng)等于corePoolSize了,并且任務(wù)隊(duì)列workQueue也滿，判斷線程數(shù)是否達(dá)到maximumPoolSize，即最大線程數(shù)是否已滿，如果沒到達(dá)，創(chuàng)建一個(gè)非核心線程執(zhí)行提交的任務(wù)。
如果當(dāng)前的線程數(shù)達(dá)到了maximumPoolSize，還有新的任務(wù)過來的話，直接采用拒絕策略處理。
四種拒絕策略
AbortPolicy(拋出一個(gè)異常，默認(rèn)的)
DiscardPolicy(直接丟棄任務(wù))
DiscardOldestPolicy（丟棄隊(duì)列里最老的任務(wù)，將當(dāng)前這個(gè)任務(wù)繼續(xù)提交給線程池）
CallerRunsPolicy（交給線程池調(diào)用所在的線程進(jìn)行處理)
為了形象描述線程池執(zhí)行，我打個(gè)比喻：
核心線程比作公司正式員工
非核心線程比作外包員工
阻塞隊(duì)列比作需求池
提交任務(wù)比作提需求
當(dāng)產(chǎn)品提個(gè)需求，正式員工（核心線程）先接需求（執(zhí)行任務(wù)）
如果正式員工都有需求在做，即核心線程數(shù)已滿），產(chǎn)品就把需求先放需求池（阻塞隊(duì)列）。
如果需求池(阻塞隊(duì)列)也滿了，但是這時(shí)候產(chǎn)品繼續(xù)提需求,怎么辦呢？那就請(qǐng)外包（非核心線程）來做。
如果所有員工（最大線程數(shù)也滿了）都有需求在做了，那就執(zhí)行拒絕策略。
如果外包員工把需求做完了，它經(jīng)過一段（keepAliveTime）空閑時(shí)間，就離開公司了。
好的，到這里。面試問題1->Java的線程池說一下，各個(gè)參數(shù)的作用，如何進(jìn)行的? 是否已經(jīng)迎刃而解啦，
我覺得這個(gè)問題，回答：線程池構(gòu)造函數(shù)的corePoolSize,maximumPoolSize等參數(shù)，并且能描述清楚線程池的執(zhí)行流程 就差不多啦。
線程池異常處理
在使用線程池處理任務(wù)的時(shí)候，任務(wù)代碼可能拋出RuntimeException，拋出異常后，線程池可能捕獲它，也可能創(chuàng)建一個(gè)新的線程來代替異常的線程，我們可能無法感知任務(wù)出現(xiàn)了異常，因此我們需要考慮線程池異常情況。
當(dāng)提交新任務(wù)時(shí)，異常如何處理?
我們先來看一段代碼：
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
threadPool.submit(() -> {
System.out.println("current thread name" + Thread.currentThread().getName());
Object object = null;
System.out.print("result## "+object.toString());
});
}
顯然，這段代碼會(huì)有異常，我們?cè)賮砜纯磮?zhí)行結(jié)果
雖然沒有結(jié)果輸出，但是沒有拋出異常，所以我們無法感知任務(wù)出現(xiàn)了異常，所以需要添加try/catch。
如下圖：
OK，線程的異常處理，我們可以直接try...catch捕獲。
線程池exec.submit(runnable)的執(zhí)行流程
通過debug上面有異常的submit方法（建議大家也去debug看一下,圖上的每個(gè)方法內(nèi)部是我打斷點(diǎn)的地方），處理有異常submit方法的主要執(zhí)行流程圖：
//構(gòu)造feature對(duì)象
/**
* @throws RejectedExecutionException {@inheritDoc}
* @throws NullPointerException {@inheritDoc}
*/
public Future<?> submit(Runnable task) {
if (task == null) throw new NullPointerException();
RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
execute(ftask);
return ftask;
}
protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) {
return new FutureTask<T>(runnable, value);
}
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
this.callable = Executors.callable(runnable, result);
this.state = NEW; // ensure visibility of callable
}
public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result) {
if (task == null)
throw new NullPointerException();
return new RunnableAdapter<T>(task, result);
}
//線程池執(zhí)行
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
int c = ctl.get();
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}
//捕獲異常
public void run() {
if (state != NEW ||
!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
null, Thread.currentThread()))
return;
try {
Callable<V> c = callable;
if (c != null && state == NEW) {
V result;
boolean ran;
try {
result = c.call();
ran = true;
} catch (Throwable ex) {
result = null;
ran = false;
setException(ex);
}
if (ran)
set(result);
}
} finally {
// runner must be non-null until state is settled to
// prevent concurrent calls to run()
runner = null;
// state must be re-read after nulling runner to prevent
// leaked interrupts
int s = state;
if (s >= INTERRUPTING)
handlePossibleCancellationInterrupt(s);
}
通過以上分析，submit執(zhí)行的任務(wù)，可以通過Future對(duì)象的get方法接收拋出的異常，再進(jìn)行處理。
我們?cè)偻ㄟ^一個(gè)demo，看一下Future對(duì)象的get方法處理異常的姿勢(shì)，如下圖：
其他兩種處理線程池異常方案
除了以上1.在任務(wù)代碼try/catch捕獲異常，2.通過Future對(duì)象的get方法接收拋出的異常，再處理兩種方案外，還有以上兩種方案：
3.為工作者線程設(shè)置UncaughtExceptionHandler，在uncaughtException方法中處理異常
我們直接看這樣實(shí)現(xiàn)的正確姿勢(shì)：
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(1, r -> {
Thread t = new Thread(r);
t.setUncaughtExceptionHandler(
(t1, e) -> {
System.out.println(t1.getName() + "線程拋出的異常"+e);
});
return t;
});
threadPool.execute(()->{
Object object = null;
System.out.print("result## " + object.toString());
});
運(yùn)行結(jié)果：
4.重寫ThreadPoolExecutor的afterExecute方法，處理傳遞的異常引用
這是jdk文檔的一個(gè)demo：
class ExtendedExecutor extends ThreadPoolExecutor {
// 這可是jdk文檔里面給的例子。。
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);
}
}}
因此，被問到線程池異常處理，如何回答？
。
線程池的工作隊(duì)列
線程池都有哪幾種工作隊(duì)列？
ArrayBlockingQueue
LinkedBlockingQueue
DelayQueue
PriorityBlockingQueue
SynchronousQueue
ArrayBlockingQueue
ArrayBlockingQueue（有界隊(duì)列）是一個(gè)用數(shù)組實(shí)現(xiàn)的有界阻塞隊(duì)列，按FIFO排序量。
LinkedBlockingQueue
LinkedBlockingQueue（可設(shè)置容量隊(duì)列）基于鏈表結(jié)構(gòu)的阻塞隊(duì)列，按FIFO排序任務(wù)，容量可以選擇進(jìn)行設(shè)置，不設(shè)置的話，將是一個(gè)無邊界的阻塞隊(duì)列，最大長(zhǎng)度為Integer.MAX_VALUE，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQuene；newFixedThreadPool線程池使用了這個(gè)隊(duì)列
DelayQueue
DelayQueue（延遲隊(duì)列）是一個(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。newScheduledThreadPool線程池使用了這個(gè)隊(duì)列。
PriorityBlockingQueue
PriorityBlockingQueue（優(yōu)先級(jí)隊(duì)列）是具有優(yōu)先級(jí)的無界阻塞隊(duì)列；
SynchronousQueue
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LinkedBlockingQuene，newCachedThreadPool線程池使用了這個(gè)隊(duì)列。
針對(duì)面試題：線程池都有哪幾種工作隊(duì)列？ 我覺得，回答以上幾種ArrayBlockingQueue，LinkedBlockingQueue，SynchronousQueue等，說出它們的特點(diǎn)，并結(jié)合使用到對(duì)應(yīng)隊(duì)列的常用線程池(如newFixedThreadPool線程池使用LinkedBlockingQueue)，進(jìn)行展開闡述， 就可以啦。
幾種常用的線程池
newFixedThreadPool (固定數(shù)目線程的線程池)
newCachedThreadPool(可緩存線程的線程池)
newSingleThreadExecutor(單線程的線程池)
newScheduledThreadPool(定時(shí)及周期執(zhí)行的線程池)
newFixedThreadPool
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
threadFactory);
}
newFixedThreadPool線程池特點(diǎn)：
核心線程數(shù)和最大線程數(shù)大小一樣
沒有所謂的非空閑時(shí)間，即keepAliveTime為0
阻塞隊(duì)列為無界隊(duì)列LinkedBlockingQueue
newFixedThreadPool工作機(jī)制：
提交任務(wù)
如果線程數(shù)少于核心線程，創(chuàng)建核心線程執(zhí)行任務(wù)
如果線程數(shù)等于核心線程，把任務(wù)添加到LinkedBlockingQueue阻塞隊(duì)列
如果線程執(zhí)行完任務(wù)，去阻塞隊(duì)列取任務(wù)，繼續(xù)執(zhí)行。
newFixedThreadPool實(shí)例代碼
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
executor.execute(()->{
try {
Thread.sleep(10000);
} catch (InterruptedException e) {
//do nothing
}
});
IDE指定JVM參數(shù)：-Xmx8m -Xms8m :
run以上代碼，會(huì)拋出OOM：
因此，面試題：使用無界隊(duì)列的線程池會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存飆升嗎？
答案 ：會(huì)的，newFixedThreadPool使用了無界的阻塞隊(duì)列LinkedBlockingQueue，如果線程獲取一個(gè)任務(wù)后，任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間比較長(zhǎng)(比如，上面demo設(shè)置了10秒)，會(huì)導(dǎo)致隊(duì)列的任務(wù)越積越多，導(dǎo)致機(jī)器內(nèi)存使用不停飆升， 最終導(dǎo)致OOM。
使用場(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，即適用執(zhí)行長(zhǎng)期的任務(wù)。
newCachedThreadPool
public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>(),
threadFactory);
}
newCachedThreadPool線程池特點(diǎn)：
核心線程數(shù)為0
最大線程數(shù)為Integer.MAX_VALUE
阻塞隊(duì)列是SynchronousQueue
非核心線程空閑存活時(shí)間為60秒
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。
newCachedThreadPool工作機(jī)制
提交任務(wù)
因?yàn)闆]有核心線程，所以任務(wù)直接加到SynchronousQueue隊(duì)列。
判斷是否有空閑線程，如果有，就去取出任務(wù)執(zhí)行。
如果沒有空閑線程，就新建一個(gè)線程執(zhí)行。
執(zhí)行完任務(wù)的線程，還可以存活60秒，如果在這期間，接到任務(wù)，可以繼續(xù)活下去；否則，被銷毀。
newCachedThreadPool實(shí)例代碼
ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
executor.execute(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在執(zhí)行");
});
}
運(yùn)行結(jié)果：
newCachedThreadPool使用場(chǎng)景
用于并發(fā)執(zhí)行大量短期的小任務(wù)。
newSingleThreadExecutor
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
threadFactory));
}
newSingleThreadExecutor線程池特點(diǎn)
核心線程數(shù)為1
最大線程數(shù)也為1
阻塞隊(duì)列是LinkedBlockingQueue
keepAliveTime為0
newSingleThreadExecutor工作機(jī)制
提交任務(wù)
線程池是否有一條線程在，如果沒有，新建線程執(zhí)行任務(wù)
如果有，講任務(wù)加到阻塞隊(duì)列
當(dāng)前的唯一線程，從隊(duì)列取任務(wù)，執(zhí)行完一個(gè)，再繼續(xù)取，一個(gè)人（一條線程）夜以繼日地干活。
newSingleThreadExecutor實(shí)例代碼
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
executor.execute(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在執(zhí)行");
});
}
運(yùn)行結(jié)果：
newSingleThreadExecutor使用場(chǎng)景
適用于串行執(zhí)行任務(wù)的場(chǎng)景，一個(gè)任務(wù)一個(gè)任務(wù)地執(zhí)行。
newScheduledThreadPool
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
new DelayedWorkQueue());
}
newScheduledThreadPool線程池特點(diǎn)
最大線程數(shù)為Integer.MAX_VALUE
阻塞隊(duì)列是DelayedWorkQueue
keepAliveTime為0
scheduleAtFixedRate() ：按某種速率周期執(zhí)行
scheduleWithFixedDelay()：在某個(gè)延遲后執(zhí)行
newScheduledThreadPool工作機(jī)制
添加一個(gè)任務(wù)
線程池中的線程從 DelayQueue 中取任務(wù)
線程從 DelayQueue 中獲取 time 大于等于當(dāng)前時(shí)間的task
執(zhí)行完后修改這個(gè) task 的 time 為下次被執(zhí)行的時(shí)間
這個(gè) task 放回DelayQueue隊(duì)列中
newScheduledThreadPool實(shí)例代碼
/**
創(chuàng)建一個(gè)給定初始延遲的間隔性的任務(wù)，之后的下次執(zhí)行時(shí)間是上一次任務(wù)從執(zhí)行到結(jié)束所需要的時(shí)間+* 給定的間隔時(shí)間
*/
ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(1);
scheduledExecutorService.scheduleWithFixedDelay(()->{
System.out.println("current Time" + System.currentTimeMillis());
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在執(zhí)行");
}, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);
運(yùn)行結(jié)果：
/**
創(chuàng)建一個(gè)給定初始延遲的間隔性的任務(wù)，之后的每次任務(wù)執(zhí)行時(shí)間為 初始延遲 + N * delay(間隔)
*/
ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(1);
scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(()->{
System.out.println("current Time" + System.currentTimeMillis());
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在執(zhí)行");
}, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);;
newScheduledThreadPool使用場(chǎng)景
周期性執(zhí)行任務(wù)的場(chǎng)景，需要限制線程數(shù)量的場(chǎng)景
回到面試題：說說幾種常見的線程池及使用場(chǎng)景？
回答這四種經(jīng)典線程池 ：newFixedThreadPool，newSingleThreadExecutor，newCachedThreadPool，newScheduledThreadPool，分線程池特點(diǎn)，工作機(jī)制，使用場(chǎng)景分開描述，再分析可能存在的問題，比如newFixedThreadPool內(nèi)存飆升問題 即可
線程池狀態(tài)
線程池有這幾個(gè)狀態(tài)：RUNNING,SHUTDOWN,STOP,TIDYING,TERMINATED。
//線程池狀態(tài)
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;
線程池各個(gè)狀態(tài)切換圖：
RUNNING
該狀態(tài)的線程池會(huì)接收新任務(wù)，并處理阻塞隊(duì)列中的任務(wù);
調(diào)用線程池的shutdown()方法，可以切換到SHUTDOWN狀態(tài);
調(diào)用線程池的shutdownNow()方法，可以切換到STOP狀態(tài);
SHUTDOWN
該狀態(tài)的線程池不會(huì)接收新任務(wù)，但會(huì)處理阻塞隊(duì)列中的任務(wù)；
隊(duì)列為空，并且線程池中執(zhí)行的任務(wù)也為空,進(jìn)入TIDYING狀態(tài);
STOP
該狀態(tài)的線程不會(huì)接收新任務(wù)，也不會(huì)處理阻塞隊(duì)列中的任務(wù)，而且會(huì)中斷正在運(yùn)行的任務(wù)；
線程池中執(zhí)行的任務(wù)為空,進(jìn)入TIDYING狀態(tài);
TIDYING
該狀態(tài)表明所有的任務(wù)已經(jīng)運(yùn)行終止，記錄的任務(wù)數(shù)量為0。
terminated()執(zhí)行完畢，進(jìn)入TERMINATED狀態(tài)
TERMINATED
該狀態(tài)表示線程池徹底終止
參考與感謝
Java線程池異常處理方案：http://www.itdecent.cn/p/30e488f4e021
關(guān)于線程池的面試題 http://www.itdecent.cn/p/9710b899e749
線程池的五種狀態(tài) https://blog.csdn.net/l_kanglin/article/details/57411851
深入分析java線程池的實(shí)現(xiàn)原理 http://www.itdecent.cn/p/87bff5cc8d8c/
