Java線程池8大拒絕策略，面試必問(wèn)！
前言
談到j(luò)ava的線程池最熟悉的莫過(guò)于ExecutorService接口了，jdk1.5新增的java.util.concurrent包下的這個(gè)api，大大的簡(jiǎn)化了多線程代碼的開(kāi)發(fā)。而不論你用FixedThreadPool還是CachedThreadPool其背后實(shí)現(xiàn)都是ThreadPoolExecutor。
ThreadPoolExecutor是一個(gè)典型的緩存池化設(shè)計(jì)的產(chǎn)物，因?yàn)槌刈佑写笮。?dāng)池子體積不夠承載時(shí)，就涉及到拒絕策略。JDK中已經(jīng)預(yù)設(shè)了4種線程池拒絕策略，下面結(jié)合場(chǎng)景詳細(xì)聊聊這些策略的使用場(chǎng)景，以及我們還能擴(kuò)展哪些拒絕策略。
池化設(shè)計(jì)思想
池話設(shè)計(jì)應(yīng)該不是一個(gè)新名詞。我們常見(jiàn)的如java線程池、jdbc連接池、redis連接池等就是這類(lèi)設(shè)計(jì)的代表實(shí)現(xiàn)。
這種設(shè)計(jì)會(huì)初始預(yù)設(shè)資源，解決的問(wèn)題就是抵消每次獲取資源的消耗，如創(chuàng)建線程的開(kāi)銷(xiāo)，獲取遠(yuǎn)程連接的開(kāi)銷(xiāo)等。就好比你去食堂打飯，打飯的大媽會(huì)先把飯盛好幾份放那里，你來(lái)了就直接拿著飯盒加菜即可，不用再臨時(shí)又盛飯又打菜，效率就高了。
除了初始化資源，池化設(shè)計(jì)還包括如下這些特征：池子的初始值、池子的活躍值、池子的最大值等，這些特征可以直接映射到j(luò)ava線程池和數(shù)據(jù)庫(kù)連接池的成員屬性中。
線程池觸發(fā)拒絕策略的時(shí)機(jī)
和數(shù)據(jù)源連接池不一樣，線程池除了初始大小和池子最大值，還多了一個(gè)阻塞隊(duì)列來(lái)緩沖。
數(shù)據(jù)源連接池一般請(qǐng)求的連接數(shù)超過(guò)連接池的最大值的時(shí)候就會(huì)觸發(fā)拒絕策略，策略一般是阻塞等待設(shè)置的時(shí)間或者直接拋異常。
如圖，想要了解線程池什么時(shí)候觸發(fā)拒絕粗略，需要明確上面三個(gè)參數(shù)的具體含義，是這三個(gè)參數(shù)總體協(xié)調(diào)的結(jié)果，而不是簡(jiǎn)單的超過(guò)最大線程數(shù)就會(huì)觸發(fā)線程拒絕粗略，當(dāng)提交的任務(wù)數(shù)大于corePoolSize時(shí)，會(huì)優(yōu)先放到隊(duì)列緩沖區(qū)，只有填滿了緩沖區(qū)后，才會(huì)判斷當(dāng)前運(yùn)行的任務(wù)是否大于maxPoolSize，小于時(shí)會(huì)新建線程處理。大于時(shí)就觸發(fā)了拒絕策略。
總結(jié)就是：當(dāng)前提交任務(wù)數(shù)大于（maxPoolSize + queueCapacity）時(shí)就會(huì)觸發(fā)線程池的拒絕策略了。
JDK內(nèi)置4種線程池拒絕策略
拒絕策略接口定義
在分析JDK自帶的線程池拒絕策略前，先看下JDK定義的 拒絕策略接口，如下：
- public interface RejectedExecutionHandler {
- void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor);
- }
接口定義很明確，當(dāng)觸發(fā)拒絕策略時(shí)，線程池會(huì)調(diào)用你設(shè)置的具體的策略，將當(dāng)前提交的任務(wù)以及線程池實(shí)例本身傳遞給你處理，具體作何處理，不同場(chǎng)景會(huì)有不同的考慮，下面看JDK為我們內(nèi)置了哪些實(shí)現(xiàn)：
CallerRunsPolicy（調(diào)用者運(yùn)行策略）
- public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
- public CallerRunsPolicy() { }
- public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
- if (!e.isShutdown()) {
- r.run();
- }
- }
- }
功能：當(dāng)觸發(fā)拒絕策略時(shí)，只要線程池沒(méi)有關(guān)閉，就由提交任務(wù)的當(dāng)前線程處理。
使用場(chǎng)景：一般在不允許失敗的、對(duì)性能要求不高、并發(fā)量較小的場(chǎng)景下使用，因?yàn)榫€程池一般情況下不會(huì)關(guān)閉，也就是提交的任務(wù)一定會(huì)被運(yùn)行，但是由于是調(diào)用者線程自己執(zhí)行的，當(dāng)多次提交任務(wù)時(shí)，就會(huì)阻塞后續(xù)任務(wù)執(zhí)行，性能和效率自然就慢了。
AbortPolicy（中止策略）
- public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler {
- public AbortPolicy() { }
- public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
- throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() +
- " rejected from " +
- e.toString());
- }
- }
功能：當(dāng)觸發(fā)拒絕策略時(shí)，直接拋出拒絕執(zhí)行的異常，中止策略的意思也就是打斷當(dāng)前執(zhí)行流程
使用場(chǎng)景：這個(gè)就沒(méi)有特殊的場(chǎng)景了，但是一點(diǎn)要正確處理拋出的異常。
ThreadPoolExecutor中默認(rèn)的策略就是AbortPolicy，ExecutorService接口的系列ThreadPoolExecutor因?yàn)槎紱](méi)有顯示的設(shè)置拒絕策略，所以默認(rèn)的都是這個(gè)。
但是請(qǐng)注意，ExecutorService中的線程池實(shí)例隊(duì)列都是無(wú)界的，也就是說(shuō)把內(nèi)存撐爆了都不會(huì)觸發(fā)拒絕策略。當(dāng)自己自定義線程池實(shí)例時(shí)，使用這個(gè)策略一定要處理好觸發(fā)策略時(shí)拋的異常，因?yàn)樗麜?huì)打斷當(dāng)前的執(zhí)行流程。
DiscardPolicy（丟棄策略）
- public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler {
- public DiscardPolicy() { }
- public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
- }
- }
功能：直接靜悄悄的丟棄這個(gè)任務(wù)，不觸發(fā)任何動(dòng)作
使用場(chǎng)景：如果你提交的任務(wù)無(wú)關(guān)緊要，你就可以使用它 。因?yàn)樗褪莻€(gè)空實(shí)現(xiàn)，會(huì)悄無(wú)聲息的吞噬你的的任務(wù)。所以這個(gè)策略基本上不用了
DiscardOldestPolicy（棄老策略）
- public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler {
- public DiscardOldestPolicy() { }
- public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
- if (!e.isShutdown()) {
- e.getQueue().poll();
- e.execute(r);
- }
- }
- }
功能：如果線程池未關(guān)閉，就彈出隊(duì)列頭部的元素，然后嘗試執(zhí)行
使用場(chǎng)景：這個(gè)策略還是會(huì)丟棄任務(wù)，丟棄時(shí)也是毫無(wú)聲息，但是特點(diǎn)是丟棄的是老的未執(zhí)行的任務(wù)，而且是待執(zhí)行優(yōu)先級(jí)較高的任務(wù)。
基于這個(gè)特性，我能想到的場(chǎng)景就是，發(fā)布消息，和修改消息，當(dāng)消息發(fā)布出去后，還未執(zhí)行，此時(shí)更新的消息又來(lái)了，這個(gè)時(shí)候未執(zhí)行的消息的版本比現(xiàn)在提交的消息版本要低就可以被丟棄了。因?yàn)殛?duì)列中還有可能存在消息版本更低的消息會(huì)排隊(duì)執(zhí)行，所以在真正處理消息的時(shí)候一定要做好消息的版本比較。
第三方實(shí)現(xiàn)的拒絕策略
dubbo中的線程拒絕策略
- public class AbortPolicyWithReport extends ThreadPoolExecutor.AbortPolicy {
- protected static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(AbortPolicyWithReport.class);
- private final String threadName;
- private final URL url;
- private static volatile long lastPrintTime = 0;
- private static Semaphore guard = new Semaphore(1);
- public AbortPolicyWithReport(String threadName, URL url) {
- this.threadName = threadName;
- this.url = url;
- }
- @Override
- public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
- String msg = String.format("Thread pool is EXHAUSTED!" +
- " Thread Name: %s, Pool Size: %d (active: %d, core: %d, max: %d, largest: %d), Task: %d (completed: %d)," +
- " Executor status:(isShutdown:%s, isTerminated:%s, isTerminating:%s), in %s://%s:%d!",
- threadName, e.getPoolSize(), e.getActiveCount(), e.getCorePoolSize(), e.getMaximumPoolSize(), e.getLargestPoolSize(),
- e.getTaskCount(), e.getCompletedTaskCount(), e.isShutdown(), e.isTerminated(), e.isTerminating(),
- url.getProtocol(), url.getIp(), url.getPort());
- logger.warn(msg);
- dumpJStack();
- throw new RejectedExecutionException(msg);
- }
- private void dumpJStack() {
- //省略實(shí)現(xiàn)
- }
- }
可以看到，當(dāng)dubbo的工作線程觸發(fā)了線程拒絕后，主要做了三個(gè)事情，原則就是盡量讓使用者清楚觸發(fā)線程拒絕策略的真實(shí)原因。
1）輸出了一條警告級(jí)別的日志，日志內(nèi)容為線程池的詳細(xì)設(shè)置參數(shù)，以及線程池當(dāng)前的狀態(tài)，還有當(dāng)前拒絕任務(wù)的一些詳細(xì)信息。可以說(shuō)，這條日志，使用dubbo的有過(guò)生產(chǎn)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)的或多或少是見(jiàn)過(guò)的，這個(gè)日志簡(jiǎn)直就是日志打印的典范，其他的日志打印的典范還有spring。得益于這么詳細(xì)的日志，可以很容易定位到問(wèn)題所在
2）輸出當(dāng)前線程堆棧詳情，這個(gè)太有用了，當(dāng)你通過(guò)上面的日志信息還不能定位問(wèn)題時(shí)，案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的dump線程上下文信息就是你發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的救命稻草。
3）繼續(xù)拋出拒絕執(zhí)行異常，使本次任務(wù)失敗，這個(gè)繼承了JDK默認(rèn)拒絕策略的特性
擴(kuò)展閱讀：Dubbo 面試18問(wèn)，你能接得住嗎？
Netty中的線程池拒絕策略
- private static final class NewThreadRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
- NewThreadRunsPolicy() {
- super();
- }
- public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
- try {
- final Thread t = new Thread(r, "Temporary task executor");
- t.start();
- } catch (Throwable e) {
- throw new RejectedExecutionException(
- "Failed to start a new thread", e);
- }
- }
- }
Netty中的實(shí)現(xiàn)很像JDK中的CallerRunsPolicy，舍不得丟棄任務(wù)。不同的是，CallerRunsPolicy是直接在調(diào)用者線程執(zhí)行的任務(wù)。而 Netty是新建了一個(gè)線程來(lái)處理的。
所以，Netty的實(shí)現(xiàn)相較于調(diào)用者執(zhí)行策略的使用面就可以擴(kuò)展到支持高效率高性能的場(chǎng)景了。但是也要注意一點(diǎn)，Netty的實(shí)現(xiàn)里，在創(chuàng)建線程時(shí)未做任何的判斷約束，也就是說(shuō)只要系統(tǒng)還有資源就會(huì)創(chuàng)建新的線程來(lái)處理，直到new不出新的線程了，才會(huì)拋創(chuàng)建線程失敗的異常。推薦：什么是Netty？
activeMq中的線程池拒絕策略
- new RejectedExecutionHandler() {
- @Override
- public void rejectedExecution(final Runnable r, final ThreadPoolExecutor executor) {
- try {
- executor.getQueue().offer(r, 60, TimeUnit.SECONDS);
- } catch (InterruptedException e) {
- throw new RejectedExecutionException("Interrupted waiting for BrokerService.worker");
- }
- throw new RejectedExecutionException("Timed Out while attempting to enqueue Task.");
- }
- });
activeMq中的策略屬于最大努力執(zhí)行任務(wù)型，當(dāng)觸發(fā)拒絕策略時(shí)，在嘗試一分鐘的時(shí)間重新將任務(wù)塞進(jìn)任務(wù)隊(duì)列，當(dāng)一分鐘超時(shí)還沒(méi)成功時(shí)，就拋出異常
pinpoint中的線程池拒絕策略
- public class RejectedExecutionHandlerChain implements RejectedExecutionHandler {
- private final RejectedExecutionHandler[] handlerChain;
- public static RejectedExecutionHandler build(List<RejectedExecutionHandler> chain) {
- Objects.requireNonNull(chain, "handlerChain must not be null");
- RejectedExecutionHandler[] handlerChain = chain.toArray(new RejectedExecutionHandler[0]);
- return new RejectedExecutionHandlerChain(handlerChain);
- }
- private RejectedExecutionHandlerChain(RejectedExecutionHandler[] handlerChain) {
- this.handlerChain = Objects.requireNonNull(handlerChain, "handlerChain must not be null");
- }
- @Override
- public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
- for (RejectedExecutionHandler rejectedExecutionHandler : handlerChain) {
- rejectedExecutionHandler.rejectedExecution(r, executor);
- }
- }
- }
pinpoint的拒絕策略實(shí)現(xiàn)很有特點(diǎn)，和其他的實(shí)現(xiàn)都不同。他定義了一個(gè)拒絕策略鏈，包裝了一個(gè)拒絕策略列表，當(dāng)觸發(fā)拒絕策略時(shí)，會(huì)將策略鏈中的rejectedExecution依次執(zhí)行一遍。
結(jié)語(yǔ)
前文從線程池設(shè)計(jì)思想，以及線程池觸發(fā)拒絕策略的時(shí)機(jī)引出java線程池拒絕策略接口的定義。并輔以JDK內(nèi)置4種以及四個(gè)第三方開(kāi)源軟件的拒絕策略定義描述了線程池拒絕策略實(shí)現(xiàn)的各種思路和使用場(chǎng)景。
希望閱讀此文后能讓你對(duì)java線程池拒絕策略有更加深刻的認(rèn)識(shí)，能夠根據(jù)不同的使用場(chǎng)景更加靈活的應(yīng)用。
