高頻面試Java之線程池

簡介

本專欄結合筆者面試的一些高頻率題目，詳細分析其原理、場景、底層機制、以及實際場景等。為了節約篇幅，我們注重分析一些原理、較為底層的東西，對于一些概念性的知識，不多贅述。也希望通過這個專欄，讓大家在面試的過程中能夠靈活應對。早日收到滿意的offer

關于線程池的一些概念，如線程池是什麼、為什麼要使用線程池，不多贅述。

1、為什麼不推薦使用Executors

線程池的建立方式有很多種，這也是面試最常問的問題，歸根結底，面試官還是為了考察線程池的參數含義。不推薦使用 Executors的原因是預設參數不友好：

1. FixedThreadPool和SingleThreadPool，隊列長度為Integer.MAX_VALUE
2. CachedThreadPool和ScheduledThreadPool：線程數量為Integer.MAX_VALUE

2、線程池核心參數分析

1. corePoolSize：核心線程數
2. maximumPoolSize：最大線程數
3. workQueue：任務隊列
4. RejectedExecutionHandler 拒絕政策
5. keepAliveTime：空閑時間
6. timeUnit：時間機關
7. threadFactory：線程工廠

針對參數會問到的是任務隊列和拒絕政策，考察對java集合、拒絕政策的處理。

隊列名稱	簡單分析
ArrayBlockingQueue	數組，ReentrantLock+Condition，生産者、消費者共用一把鎖
LinkedBlockingQueue	連結清單，ReentrantLock+Condition，生産者、消費者的鎖各自獨立，吞吐量高于ArrayBlockingQueue
SynchronousQueue	不存儲元素，插入操作必須等到另一個線程調用移除操作，吞吐量高于LinkedBlockingQueue
PriorityBlockingQueue	帶優先級

JDK自帶政策有四種，但是對任務的處理都不友好，我們需要自定義拒絕政策，實作RejectedExecutionHandler即可

政策名	對任務的處理方式
Abort	抛出異常
CallerRuns	使用調用者所線上程來運作任務
DiscardOldest	丢棄隊列裡最近的一個任務，并執行目前任務
Discard	直接丢棄掉

3、線程池生命周期

生命周期一般考察的不多，但是需要了解一下。

生命周期	對應操作
running	接收新任務，處理隊列中的任務
shutdown	不接收新任務，但是會處理隊列中的任務
stop	不接收新任務，不處理隊列中的任務，并且中斷正在執行的任務
tidying	清空worker對象
terminated	完全停止

4、線程池膨脹過程

該問題是最常考察的。主要針對 corePoolSize、maximumPoolSize、workQueue三個參數

5、線程池執行過程

線程池執行任務的流程如下，可結合源碼分析：

• 1、根據任務送出和執行情況，逐漸飽和線程池。若線程數小于corePoolSize，建立線程；若任務隊列未滿，則将任務加入到隊列中；若線程數小于maximumPoolSize，則建立線程；若線程池飽和，則根據回絕政策回絕新送出的線程
• 2、調用addWorker方法，将任務包裝成Worker對象。Worker類繼承了線程Thread類，線程啟動後，通過runWorker方法執行任務
• 3、調用runWorker方法，先判斷addWorker方法是否傳遞任務，若有，則執行任務；若無，則通過getTask()方法從隊列中擷取任務
• 4、getTask方法，會判斷目前線程數是否大于corePoolSize或者allowCoreThreadTimeOut是否為true，以決定是是以阻塞的形式還是以帶逾時時間的形式去擷取任務，并決定是否回收線程
• 5、如果線程應該被回收，則調用processWorkerExit方法回收線程，回收的時候要注意判斷若線程池的狀态為running或shutdown，并且任務隊列不為空，則至少需要保留一個線程。但是由于回收線程在前，則需要再次通過addWorker方法建立一個線程，以用來執行隊列中的任務

6、線程池大小預估

這個是比較常見的問題。包含線程數、隊列大小兩個方面

6.1 公式一

CPU 密集型應用，線程池大小設定為 N + 1；IO 密集型應用，線程池大小設定為 2N。這種估算方式網上比較常見，但是實際應用中很難界定到底什麼是CPU 密集型應用、什麼是IO 密集型應用。

6.2 公式二

core = tps（每秒能完成的事務數 = 并發量 / 平均響應時間）* time，max = tps * time * (1.7 ~ 2)，該估算方式考慮到了業務場景，但是業務流量往往是不均勻分布的

6.3 公式三

線程數 = （1 + 線程等待時間/線程CPU時間 * 目标CPU的使用率 * 處理器核心數。例如：CPU Time 0.5ms，Wait Time 1.5ms，CPU使用率是90%，CPU核心數為8，(1 + 1.5/0.5) * 90% * 8 = 28.8。可以結合ThreadMXBean，計算出線程CPU時間、線程等待時間。

6.4 公式四

隊列大小：queueSize = (coreSize/taskCost)*resTime。假設每個任務執行耗時，100ms，系統能夠忍受的最大響應時間為2秒，線程池大小為32，那麼隊列大小可以設定為640

7、自定義線程池

實際應用中，可以自定義線程池，動态控制線程池的各個參數值、監控線程池的狀态

自定義選項	分析
線程數	通過setCorePoolSize、setMaximumPoolSize動态設定線程數
隊列	自定義隊列以支援長度的動态調整，拷貝LinkedBlockingQueue代碼，提供setQueueSize方法
監控	通過beforeExecute、afterExecute方法，監控線程最長執行時間、平均執行時長、線程活躍度、隊列長度等，并提供預警
拒絕政策	實作RejectedExecutionHandler接口，通過日志、持久化等方式存儲不能被正常處理的任務以便将來恢複線程