一、背景引入

今天跟大家聊一個互聯網大廠的Java面試題：使用無界隊列的線程池會導致內存飆升嗎？

因為在面互聯網大廠的時候，一定會問并發，問并發的時候一定會問到線程池，問到線程池一定會問構造線程池的一些參數的含義。

然后，有一些面試官會就線程池的具體場景，問一些可能會遇到的問題。

所以，在這里就可能有上述那樣一個面試中的問題，算是Java面試里相對來說高階一點的。

我相信大家一定起碼知道線程池是個什么東西的。簡單來說，就是維護一個池子，池子里面放了很多的線程。

然后來一個任務，某個線程就獲取這個任務來執行，任務執行完之后線程是不會釋放掉的，而是停留在線程池里繼續等待下一個任務。

這樣的一個好處是你沒必要自己手動頻繁的創建和銷毀線程，畢竟線程是較重的資源，頻繁的創建和銷毀對系統性能是沒好處的。

我們看看下面的圖，回顧一下線程池的含義。

二、線程池是如何構造的？

那么平時在Java里寫代碼的時候，大家記得不記得線程池是如何構造出來的呢？

是不是類似下面那樣的代碼，比如說我們構造一個線程數量固定的一個線程池：

那么Executors.newFixedThreadPool(10)內部到底又是如何構造出來線程池的呢？

其實很簡單，翻開JDK源碼就可以看到里面的代碼如下：

簡單來說，就是構造了一個ThreadPoolExecutor對象實例，你大致就認為他是一個線程池吧，傳入了一些參數，這些參數大致包含了：

1. corePoolSize
2. maximumPoolSize
3. keepAliveTime
4. workQueue

假如說我們構造線程池傳入的線程數量是10，那么在這里，corePoolSize和maximumSize都是10，keepAliveTime默認就是0，workQueue是一個無界的LinkedBlockingQueue。

接下來，我們具體來看看構造一個線程池傳入一些參數之后，具體這個線程池的運行原理是什么。

三、線程池的運行原理

簡單來說，剛開始的時候其實線程池里是空的，就是一個線程都沒有的，如下圖所示。

接著如果你使用線程池提交一個任務進去，希望由線程池里的一個線程來執行，如下代碼所示，就是提交一個任務：

這個時候，線程池會先看一下，現在池子里的線程數量有沒有有達到corePoolSize指定的數量。

現在線程池里的線程數量是0，然后corePoolSize是10，那么肯定沒達到了，所以直接會在線程池里創建一個線程出來然后執行這個任務，如下圖。

接著假如說，這個線程處理完一個任務了，那么此時線程是不會被銷毀的，他會一直等待下一個提交過來的任務。

那么，到底是怎么等待的呢？

很簡單，線程池會搭配一個workQueue，比如這里搭配的就是一個無界的LinkedBlockingQueue，幾乎可以無限量放入任務。

然后那個線程處理完一個任務之后，就會用阻塞的方式嘗試從任務隊列里獲取任務，如果隊列是空的，他就會阻塞卡在那兒不動，直到有人放一個任務到隊列里，他才會獲取到一個任務然后繼續執行，循環往復，如下圖。

接著再次提交任務，線程池一判斷發現，誒？好像線程數量才只有1個，完全比corePoolSize（10個）要小，那么繼續直接在池子里創建一個線程，然后處理這個任務，處理完了繼續嘗試從workQueue里阻塞式獲取任務。

一直重復上面的操作，直到線程池里有10個線程了，達到了corePoolSize指定的數量，如下圖。

這個時候你如果再提交任務，他一下子發現，誒？不對啊，線程池里已經有10個線程了，跟corePoolSize指定的線程數量一樣了。

那么現在，我就不需要創建任何一個額外的線程了，現在你只要提交任務，全部直接入隊到workQueue里就好。

此時線程池里的線程都阻塞式在workQueue上等待獲取任務，有一個任務進來就會喚醒一個線程來處理這個任務，處理完了任務再次阻塞在workQueue上嘗試獲取下一個任務，如下圖所示這個意思。

這里我們看到他用的是一個無界的LinkedBlockingQueue，但是假如說他用的是一個有界的隊列呢？

比如說限定好了隊列最多只能放10個任務，那么假如說，線程池里的線程來不及處理任務了，然后隊列一下子放滿了10個任務。

此時就會出現任務入隊的失敗，因為隊列滿了，無法入隊。

然后就會嘗試再次在線程池里創建線程，這個時候就會一直創建線程直到線程池里的線程數量達到maximumPoolSize指定的數量為止。

雖然這里fixed線程池默認corePoolSize和maximumPoolSize的數量都是一致的，但是可以假設此時maximumPoolSize的數量是20呢？

那么就會繼續創建線程，直到線程數量達到20個，然后用額外創建的10個線程在隊列滿的情況下，繼續處理任務。

整個過程，如下圖所示：

接著萬一隊列滿了，然后線程池的線程數量達到了maximumPoolSize指定的數量了，你額外創建線程都無法創建了，此時會如何呢？

答案是：會reject掉，不讓你繼續提交任務了，此時默認的就是拋出一個異常。

那么，在上圖中額外創建出來的，超出corePoolSize的那些線程呢？

他們一旦創建出來之后，會發現線程池數量已經超過corePoolSize了，此時他們會嘗試等待workQueue里的任務。

一旦超過keepAliveTime指定的時間，還獲取不到任務，比如keepAliveTime是60秒，那么假如超過60秒獲取不到任務，他就會自動釋放掉了，這個線程就銷毀了。

整個過程，如下圖所示。

四、無界隊列引發的內存飆升

明白了線程池的運行原理了，這個面試題就好解答了。

我們以最常用的fixed線程池舉例，他的線程池數量是固定的，因為他用的是近乎于無界的LinkedBlockingQueue，幾乎可以無限制的放入任務到隊列里。

所以只要線程池里的線程數量達到了corePoolSize指定的數量之后，接下來就維持這個固定數量的線程了。

然后，所有任務都會入隊到workQueue里去，線程從workQueue獲取任務來處理。

這個隊列幾乎永遠不會滿，當然這是幾乎，因為LinkedBlockingQueue默認的最大任務數量是Integer.MAX_VALUE，非常大，近乎于可以理解為無限吧。

只要隊列不滿，就跟maximumPoolSize、keepAliveTime這些沒關系了，因為不會創建超過corePoolSize數量的線程的。

同樣，給大家來一張圖，我們來看看：

那么此時萬一每個線程獲取到一個任務之后，他處理的時間特別特別的長，長到了令人發指的地步。比如處理一個任務要幾個小時，此時會如何？

當然會出現workQueue里不斷的積壓越來越多得任務，不停的增加。

這個過程中會導致機器的內存使用不停的飆升，最后也許極端情況下就導致JVM OOM了，系統就掛掉了。

所以這就是這個面試題背后你要知道的線程池的運行原理，以及可能遇到的一些問題，大家要做到心里有數。