Java线程池，你五分钟讲完，而我和面试官聊了半小时

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2023-05-22 06:54 47阅读 0赞

## Java线程池，你五分钟讲完，而我和面试官聊了半小时 ##

> 找Java工作的时候，线程池是一个必问的知识点，面试时，有的人只能讲五分钟，而有些人可以讲半个小时，差别在哪？在于知识的深度。下面几个面试高频题，你会吗？不会，赶紧收藏此博文。
> 
>  *  线程池各个参数的作用，简单阐述一下线程池工作流程。
>  *  常见的线程池有哪些，分别适用于什么场景？
>  *  使用无界队列的线程会导致内存飙升吗？

### 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统一分配、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

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                  int maximumPoolSize,
                                  long keepAliveTime,
                                  TimeUnit unit,
                                  BlockingQueue<Runnable> workQueue) { 
            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：
    
    1.  AbortPolicy:直接抛出一个异常，**默认策略**
    2.  DiscardPolicy: 直接丢弃任务
    3.  DiscardOldestPolicy:抛弃下一个将要被执行的任务(**最旧任务**)
    4.  CallerRunsPolicy:主线程中执行任务

从流程角度，更形象的图：

![format_png][]

从结构角度，更形象的图：

![format_png 1][]

### 几种常用的线程池 ###

#### 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

#### 几种典型的线程池 ####

#### SingleThreadExecutor ####

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

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。

![format_png 2][]

*  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 ####

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

![format_png 3][]

*  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 ####

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

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**

![format_png 4][]

**结构形象图**

![format_png 5][]

**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。

#### ScheduledThreadPool ####

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

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][newScheduledThreadPool]

**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。

### 参考博客 ###

[周期性线程池newScheduledThreadPool详解][newScheduledThreadPool]

[面试必备：Java线程池解析][Java]

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[format_png 5]: /images/20230521/8e84b325dd8a491a8eaabde66b781569.png
[newScheduledThreadPool]: https://blog.csdn.net/liuchangjie0112/article/details/90698401
[Java]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/73990200