3年工作經驗，工作中還不會使用多線程？阿里P6:別慌，我都總結好了

作者：Jay_huaxiao 2019-07-18 12:24:20

新聞前端

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，幾乎都會被問到有關于線程池的問題。

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，幾乎都會被問到有關于線程池的問題。我在網上搜集了幾道經典的線程池面試題，并以此為切入點，談談我對線程池的理解。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習吧。

經典面試題

面試問題1：Java的線程池說一下，各個參數的作用，如何進行的?
面試問題2：按線程池內部機制，當提交新任務時，有哪些異常要考慮。
面試問題3：線程池都有哪幾種工作隊列？
面試問題4：使用無界隊列的線程池會導致內存飆升嗎？
面試問題5：說說幾種常見的線程池及使用場景?

線程池概念

線程池： 簡單理解，它就是一個管理線程的池子。

它幫我們管理線程，避免增加創建線程和銷毀線程的資源損耗。因為線程其實也是一個對象，創建一個對象，需要經過類加載過程，銷毀一個對象，需要走GC垃圾回收流程，都是需要資源開銷的。
提高響應速度。 如果任務到達了，相對于從線程池拿線程，重新去創建一條線程執行，速度肯定慢很多。
重復利用。 線程用完，再放回池子，可以達到重復利用的效果，節省資源。

線程池的創建

線程池可以通過ThreadPoolExecutor來創建，我們來看一下它的構造函數：

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

幾個核心參數的作用：

corePoolSize： 線程池核心線程數最大值
maximumPoolSize： 線程池最大線程數大小
keepAliveTime： 線程池中非核心線程空閑的存活時間大小
unit： 線程空閑存活時間單位
workQueue： 存放任務的阻塞隊列
threadFactory： 用于設置創建線程的工廠，可以給創建的線程設置有意義的名字，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。

任務執行

線程池執行流程，即對應execute()方法：

提交一個任務，線程池里存活的核心線程數小于線程數corePoolSize時，線程池會創建一個核心線程去處理提交的任務。
如果線程池核心線程數已滿，即線程數已經等于corePoolSize，一個新提交的任務，會被放進任務隊列workQueue排隊等待執行。
當線程池里面存活的線程數已經等于corePoolSize了,并且任務隊列workQueue也滿，判斷線程數是否達到maximumPoolSize，即最大線程數是否已滿，如果沒到達，創建一個非核心線程執行提交的任務。
如果當前的線程數達到了maximumPoolSize，還有新的任務過來的話，直接采用拒絕策略處理。

四種拒絕策略

AbortPolicy(拋出一個異常，默認的)
DiscardPolicy(直接丟棄任務)
DiscardOldestPolicy（丟棄隊列里最老的任務，將當前這個任務繼續提交給線程池）
CallerRunsPolicy（交給線程池調用所在的線程進行處理)

為了形象描述線程池執行，我打個比喻：

核心線程比作公司正式員工
非核心線程比作外包員工
阻塞隊列比作需求池
提交任務比作提需求

當產品提個需求，正式員工（核心線程）先接需求（執行任務）
如果正式員工都有需求在做，即核心線程數已滿），產品就把需求先放需求池（阻塞隊列）。
如果需求池(阻塞隊列)也滿了，但是這時候產品繼續提需求,怎么辦呢？那就請外包（非核心線程）來做。
如果所有員工（最大線程數也滿了）都有需求在做了，那就執行拒絕策略。
如果外包員工把需求做完了，它經過一段（keepAliveTime）空閑時間，就離開公司了。

好的，到這里。面試問題1->Java的線程池說一下，各個參數的作用，如何進行的? 是否已經迎刃而解啦，我覺得這個問題，回答：線程池構造函數的corePoolSize,maximumPoolSize等參數，并且能描述清楚線程池的執行流程 就差不多啦。

線程池異常處理

在使用線程池處理任務的時候，任務代碼可能拋出RuntimeException，拋出異常后，線程池可能捕獲它，也可能創建一個新的線程來代替異常的線程，我們可能無法感知任務出現了異常，因此我們需要考慮線程池異常情況。

當提交新任務時，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()); 
 }); 
 } 
復制代碼

顯然，這段代碼會有異常，我們再來看看執行結果

雖然沒有結果輸出，但是沒有拋出異常，所以我們無法感知任務出現了異常，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,圖上的每個方法內部是我打斷點的地方），處理有異常submit方法的主要執行流程圖：

//構造feature對象 
/** 
* @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); 
} 
制代碼

通過以上分析，submit執行的任務，可以通過Future對象的get方法接收拋出的異常，再進行處理。 我們再通過一個demo，看一下Future對象的get方法處理異常的姿勢，如下圖：

其他兩種處理線程池異常方案

除了以上1.在任務代碼try/catch捕獲異常，2.通過Future對象的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.為工作者線程設置UncaughtExceptionHandler，在uncaughtException方法中處理異常

我們直接看這樣實現的正確姿勢：

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()); 
 }); 
復制代碼

運行結果：

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); 
 } 
}} 
復制代碼

因此，被問到線程池異常處理，如何回答？

。線程池的工作隊列

線程池都有哪幾種工作隊列？

ArrayBlockingQueue
LinkedBlockingQueue
DelayQueue
PriorityBlockingQueue
SynchronousQueue

ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue（有界隊列）是一個用數組實現的有界阻塞隊列，按FIFO排序量。

LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue（可設置容量隊列）基于鏈表結構的阻塞隊列，按FIFO排序任務，容量可以選擇進行設置，不設置的話，將是一個無邊界的阻塞隊列，最大長度為Integer.MAX_VALUE，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQuene；newFixedThreadPool線程池使用了這個隊列

DelayQueue

DelayQueue（延遲隊列）是一個任務定時周期的延遲執行的隊列。根據指定的執行時間從小到大排序，否則根據插入到隊列的先后排序。newScheduledThreadPool線程池使用了這個隊列。

PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue（優先級隊列）是具有優先級的無界阻塞隊列；

SynchronousQueue

SynchronousQueue（同步隊列）一個不存儲元素的阻塞隊列，每個插入操作必須等到另一個線程調用移除操作，否則插入操作一直處于阻塞狀態，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQuene，newCachedThreadPool線程池使用了這個隊列。

針對面試題：線程池都有哪幾種工作隊列？ 我覺得，回答以上幾種ArrayBlockingQueue，LinkedBlockingQueue，SynchronousQueue等，說出它們的特點，并結合使用到對應隊列的常用線程池(如newFixedThreadPool線程池使用LinkedBlockingQueue)，進行展開闡述，就可以啦。

幾種常用的線程池

newFixedThreadPool (固定數目線程的線程池)
newCachedThreadPool(可緩存線程的線程池)
newSingleThreadExecutor(單線程的線程池)
newScheduledThreadPool(定時及周期執行的線程池)

newFixedThreadPool

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

線程池特點：

核心線程數和最大線程數大小一樣
沒有所謂的非空閑時間，即keepAliveTime為0
阻塞隊列為無界隊列LinkedBlockingQueue

工作機制：

提交任務
如果線程數少于核心線程，創建核心線程執行任務
如果線程數等于核心線程，把任務添加到LinkedBlockingQueue阻塞隊列
如果線程執行完任務，去阻塞隊列取任務，繼續執行。

實例代碼

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 
 } 
 }); 
復制代碼

IDE指定JVM參數：-Xmx8m -Xms8m :

run以上代碼，會拋出OOM：

因此，面試題：使用無界隊列的線程池會導致內存飆升嗎？

答案：會的，newFixedThreadPool使用了無界的阻塞隊列LinkedBlockingQueue，如果線程獲取一個任務后，任務的執行時間比較長(比如，上面demo設置了10秒)，會導致隊列的任務越積越多，導致機器內存使用不停飆升，最終導致OOM。

使用場景

FixedThreadPool 適用于處理CPU密集型的任務，確保CPU在長期被工作線程使用的情況下，盡可能的少的分配線程，即適用執行長期的任務。

newCachedThreadPool

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

線程池特點：

核心線程數為0
最大線程數為Integer.MAX_VALUE
阻塞隊列是SynchronousQueue
非核心線程空閑存活時間為60秒

當提交任務的速度大于處理任務的速度時，每次提交一個任務，就必然會創建一個線程。極端情況下會創建過多的線程，耗盡 CPU 和內存資源。由于空閑 60 秒的線程會被終止，長時間保持空閑的 CachedThreadPool 不會占用任何資源。

工作機制

提交任務
因為沒有核心線程，所以任務直接加到SynchronousQueue隊列。
判斷是否有空閑線程，如果有，就去取出任務執行。
如果沒有空閑線程，就新建一個線程執行。
執行完任務的線程，還可以存活60秒，如果在這期間，接到任務，可以繼續活下去；否則，被銷毀。

實例代碼

 ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool(); 
 for (int i = 0; i < 5; i++) { 
 executor.execute(() -> { 
 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在執行"); 
 }); 
 } 
復制代碼

運行結果：

使用場景

用于并發執行大量短期的小任務。

newSingleThreadExecutor

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

線程池特點

核心線程數為1
最大線程數也為1
阻塞隊列是LinkedBlockingQueue
keepAliveTime為0

工作機制

提交任務
線程池是否有一條線程在，如果沒有，新建線程執行任務
如果有，講任務加到阻塞隊列
當前的唯一線程，從隊列取任務，執行完一個，再繼續取，一個人（一條線程）夜以繼日地干活。

實例代碼

ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor(); 
 for (int i = 0; i < 5; i++) { 
 executor.execute(() -> { 
 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在執行"); 
 }); 
 } 
復制代碼

運行結果：

使用場景

適用于串行執行任務的場景，一個任務一個任務地執行。

newScheduledThreadPool

 public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) { 
 super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS, 
 new DelayedWorkQueue()); 
 } 
復制代碼

線程池特點

最大線程數為Integer.MAX_VALUE
阻塞隊列是DelayedWorkQueue
keepAliveTime為0
scheduleAtFixedRate() ：按某種速率周期執行
scheduleWithFixedDelay()：在某個延遲后執行

工作機制

添加一個任務
線程池中的線程從 DelayQueue 中取任務
線程從 DelayQueue 中獲取 time 大于等于當前時間的task
執行完后修改這個 task 的 time 為下次被執行的時間
這個 task 放回DelayQueue隊列中

實例代碼

 /** 
 創建一個給定初始延遲的間隔性的任務，之后的下次執行時間是上一次任務從執行到結束所需要的時間+* 給定的間隔時間 
 */ 
 ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(1); 
 scheduledExecutorService.scheduleWithFixedDelay(()->{ 
 System.out.println("current Time" + System.currentTimeMillis()); 
 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在執行"); 
 }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS); 
復制代碼

運行結果：

/** 
 創建一個給定初始延遲的間隔性的任務，之后的每次任務執行時間為 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()+"正在執行"); 
 }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);; 
復制代碼

使用場景

周期性執行任務的場景，需要限制線程數量的場景

回到面試題：說說幾種常見的線程池及使用場景？

回答這四種經典線程池：newFixedThreadPool，newSingleThreadExecutor，newCachedThreadPool，newScheduledThreadPool，分線程池特點，工作機制，使用場景分開描述，再分析可能存在的問題，比如newFixedThreadPool內存飆升問題即可

線程池狀態

線程池有這幾個狀態：RUNNING,SHUTDOWN,STOP,TIDYING,TERMINATED。

//線程池狀態 
 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; 
復制代碼

線程池各個狀態切換圖：

RUNNING

該狀態的線程池會接收新任務，并處理阻塞隊列中的任務;
調用線程池的shutdown()方法，可以切換到SHUTDOWN狀態;
調用線程池的shutdownNow()方法，可以切換到STOP狀態;

SHUTDOWN

該狀態的線程池不會接收新任務，但會處理阻塞隊列中的任務；
隊列為空，并且線程池中執行的任務也為空,進入TIDYING狀態;

STOP

該狀態的線程不會接收新任務，也不會處理阻塞隊列中的任務，而且會中斷正在運行的任務；
線程池中執行的任務為空,進入TIDYING狀態;

TIDYING

該狀態表明所有的任務已經運行終止，記錄的任務數量為0。
terminated()執行完畢，進入TERMINATED狀態

TERMINATED

該狀態表示線程池徹底終止

責任編輯：張燕妮來源：今日頭條

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