Java線程池面試必備：核心參數(shù)、工作流、監(jiān)控、調(diào)優(yōu)手段

1. Java的線程池

① 合理使用線程池的好處

• Java的線程池是運用場景最多的并發(fā)框架，幾乎所有需要異步或者并發(fā)執(zhí)行任務(wù)的程序都可以使用線程池。
• 合理使用線程池能帶來的好處：

1. 降低資源消耗。 通過重復(fù)利用已經(jīng)創(chuàng)建的線程降低線程創(chuàng)建的和銷毀造成的消耗。例如，工作線程Woker會無線循環(huán)獲取阻塞隊列中的任務(wù)來執(zhí)行。
2. 提高響應(yīng)速度。 當任務(wù)到達時，任務(wù)可以不需要等到線程創(chuàng)建就能立即執(zhí)行。
3. 提高線程的可管理性。 線程是稀缺資源，Java的線程池可以對線程資源進行統(tǒng)一分配、調(diào)優(yōu)和監(jiān)控。

② 線程池的工作流程

• 一個新的任務(wù)到線程池時，線程池的處理流程如下：1.線程池判斷核心線程池里的線程是否都在執(zhí)行任務(wù)。 如果不是，創(chuàng)建一個新的工作線程來執(zhí)行任務(wù)。如果核心線程池里的線程都在執(zhí)行任務(wù)，則進入下個流程。

1. 線程池判斷阻塞隊列是否已滿。 如果阻塞隊列沒有滿，則將新提交的任務(wù)存儲在阻塞隊列中。如果阻塞隊列已滿，則進入下個流程。
2. 線程池判斷線程池里的線程是否都處于工作狀態(tài)。 如果沒有，則創(chuàng)建一個新的工作線程來執(zhí)行任務(wù)。如果已滿，則交給飽和策略來處理這個任務(wù)。

• 線程池的核心實現(xiàn)類是ThreadPoolExecutor類，用來執(zhí)行提交的任務(wù)。因此，任務(wù)提交到線程池時，具體的處理流程是由ThreadPoolExecutor類的execute()方法去完成的。

1. 如果當前運行的線程少于corePoolSize，則創(chuàng)建新的工作線程來執(zhí)行任務(wù)（執(zhí)行這一步驟需要獲取全局鎖）。
2. 如果當前運行的線程大于或等于corePoolSize，而且BlockingQueue未滿，則將任務(wù)加入到BlockingQueue中。
3. 如果BlockingQueue已滿，而且當前運行的線程小于maximumPoolSize，則創(chuàng)建新的工作線程來執(zhí)行任務(wù)（執(zhí)行這一步驟需要獲取全局鎖）。
4. 如果當前運行的線程大于或等于maximumPoolSize，任務(wù)將被拒絕，并調(diào)用RejectExecutionHandler.rejectExecution()方法。即調(diào)用飽和策略對任務(wù)進行處理。

• 工作線程（Worker)： 線程池在創(chuàng)建線程時，會將線程封裝成工作線程Woker。Woker在執(zhí)行完任務(wù)后，不是立即銷毀而是循環(huán)獲取阻塞隊列里的任務(wù)來執(zhí)行。

③ 線程池的創(chuàng)建（7個參數(shù)）

• 可以通過ThreadPoolExecutor來創(chuàng)建一個線程池：

new ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, 
 TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, RejectedExecutionHandler handler)

• corePoolSize（線程池的基本大?。?/strong>

1. 提交一個任務(wù)到線程池時，線程池會創(chuàng)建一個新的線程來執(zhí)行任務(wù)。注意： 即使有空閑的基本線程能執(zhí)行該任務(wù)，也會創(chuàng)建新的線程。
2. 如果線程池中的線程數(shù)已經(jīng)大于或等于corePoolSize，則不會創(chuàng)建新的線程。
3. 如果調(diào)用了線程池的prestartAllCoreThreads()方法，線程池會提前創(chuàng)建并啟動所有基本線程。

• maximumPoolSize（線程池的最大數(shù)量）： 線程池允許創(chuàng)建的最大線程數(shù)。

1. 阻塞隊列已滿，線程數(shù)小于maximumPoolSize便可以創(chuàng)建新的線程執(zhí)行任務(wù)。
2. 如果使用無界的阻塞隊列，該參數(shù)沒有什么效果。

• workQueue（工作隊列）： 用于保存等待執(zhí)行的任務(wù)的阻塞隊列。

1. ArrayBlockingQueue： 基于數(shù)組結(jié)構(gòu)的有界阻塞隊列，按FIFO（先進先出）原則對任務(wù)進行排序。使用該隊列，線程池中能創(chuàng)建的最大線程數(shù)為maximumPoolSize。
2. LinkedBlockingQueue： 基于鏈表結(jié)構(gòu)的無界阻塞隊列，按FIFO（先進先出）原則對任務(wù)進行排序，吞吐量高于ArrayBlockingQueue。使用該隊列，線程池中能創(chuàng)建的最大線程數(shù)為corePoolSize。靜態(tài)工廠方法 Executor.newFixedThreadPool()使用了這個隊列。
3. SynchronousQueue： 一個不存儲元素的阻塞隊列。添加任務(wù)的操作必須等到另一個線程的移除操作，否則添加操作一直處于阻塞狀態(tài)。靜態(tài)工廠方法 Executor.newCachedThreadPool()使用了這個隊列。
4. PriorityBlokingQueue： 一個支持優(yōu)先級的無界阻塞隊列。使用該隊列，線程池中能創(chuàng)建的最大線程數(shù)為corePoolSize。

• keepAliveTime（線程活動保持時間）： 線程池的工作線程空閑后，保持存活的時間。如果任務(wù)多而且任務(wù)的執(zhí)行時間比較短，可以調(diào)大keepAliveTime，提高線程的利用率。
• unit（線程活動保持時間的單位）： 可選單位有DAYS、HOURS、MINUTES、毫秒、微秒、納秒。
• handler（飽和策略，或者又稱拒絕策略）： 當隊列和線程池都滿了，即線程池飽和了，必須采取一種策略處理提交的新任務(wù)。

1. AbortPolicy： 無法處理新任務(wù)時，直接拋出異常，這是默認策略。
2. CallerRunsPolicy：用調(diào)用者所在的線程來執(zhí)行任務(wù)。
3. DiscardOldestPolicy：丟棄阻塞隊列中最靠前的一個任務(wù)，并執(zhí)行當前任務(wù)。
4. DiscardPolicy： 直接丟棄任務(wù)。

• threadFactory： 構(gòu)建線程的工廠類
• 總結(jié)：

1. 常用的5個，核心池、最大池、空閑時間、時間的單位、阻塞隊列；另外兩個：拒絕策略、線程工廠類
2. 常見線程池的創(chuàng)建參數(shù)如下。PS: CachedThreadPool核心池為0，最大池為Integer.MAX_VALUE，相當于只使用了最大池；其他線程池，核心池與最大池一樣大，因此相當于只用了核心池。

FixedThredPool: new ThreadExcutor(n, n, 0L, ms, new LinkedBlockingQueue<Runable>()
SingleThreadExecutor: new ThreadExcutor(1, 1, 0L, ms, new LinkedBlockingQueue<Runable>())
CachedTheadPool: new ThreadExcutor(0, max_valuem, 60L, s, new SynchronousQueue<Runnable>());
ScheduledThreadPoolExcutor: ScheduledThreadPool, SingleThreadScheduledExecutor.

1. 如果使用的阻塞隊列為無界隊列，則永遠不會調(diào)用拒絕策略，因為再多的任務(wù)都可以放在隊列中。
2. SynchronousQueue是不存儲任務(wù)的，新的任務(wù)要么立即被已有線程執(zhí)行，要么創(chuàng)建新的線程執(zhí)行。

④ 向線程池提交任務(wù)

• 使用ThreadPoolEXecutor.execute()方法來提交任務(wù)：

public void execute(Runnable command) {
    // command為null，拋出NullPointerException
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();      
    int c = ctl.get();
    // 線程池中的線程數(shù)小于corePoolSize，創(chuàng)建新的線程
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true))// 創(chuàng)建工作線程
            return;
        c = ctl.get();
    }
    // 將任務(wù)添加到阻塞隊列，如果
    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);
    }// 阻塞隊列已滿，嘗試創(chuàng)建新的線程，如果超過maximumPoolSize，執(zhí)行handler.rejectExecution()
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
}

⑤ 線程池的五種運行狀態(tài)

• RUNNING ： 該狀態(tài)的線程池既能接受新提交的任務(wù)，又能處理阻塞隊列中任務(wù)。
• SHUTDOWN： 該狀態(tài)的線程池不能接收新提交的任務(wù)，但是能處理阻塞隊列中的任務(wù)。（政府服務(wù)大廳不在允許群眾拿號了，處理完手頭的和排隊的政務(wù)就下班。）

1. 處于 RUNNING 狀態(tài)時，調(diào)用 shutdown()方法會使線程池進入到該狀態(tài)。
2. 注意： finalize() 方法在執(zhí)行過程中也會隱式調(diào)用shutdown()方法。

• STOP： 該狀態(tài)的線程池不接受新提交的任務(wù)，也不處理在阻塞隊列中的任務(wù)，還會中斷正在執(zhí)行的任務(wù)。（政府服務(wù)大廳不再進行服務(wù)了，拿號、排隊、以及手頭工作都停止了。）

1. 在線程池處于 RUNNING 或 SHUTDOWN 狀態(tài)時，調(diào)用 shutdownNow() 方法會使線程池進入到該狀態(tài)；

• TIDYING： 如果所有的任務(wù)都已終止，workerCount (有效線程數(shù))=0 。

1. 線程池進入該狀態(tài)后會調(diào)用 terminated() 鉤子方法進入TERMINATED 狀態(tài)。

• TERMINATED： 在terminated()鉤子方法執(zhí)行完后進入該狀態(tài)，默認terminated()鉤子方法中什么也沒有做。

⑥ 線程池的關(guān)閉（shutdown或者shutdownNow方法）

• 可以通過調(diào)用線程池的shutdown或者shutdownNow方法來關(guān)閉線程池：遍歷線程池中工作線程，逐個調(diào)用interrupt方法來中斷線程。
• shutdown方法與shutdownNow的特點：

1. shutdown方法將線程池的狀態(tài)設(shè)置為SHUTDOWN狀態(tài)，只會中斷空閑的工作線程。
2. shutdownNow方法將線程池的狀態(tài)設(shè)置為STOP狀態(tài)，會中斷所有工作線程，不管工作線程是否空閑。
3. 調(diào)用兩者中任何一種方法，都會使isShutdown方法的返回值為true；線程池中所有的任務(wù)都關(guān)閉后，isTerminated方法的返回值為true。
4. 通常使用shutdown方法關(guān)閉線程池，如果不要求任務(wù)一定要執(zhí)行完，則可以調(diào)用shutdownNow方法。

2. java線程池的調(diào)優(yōu)以及監(jiān)控

① 線程池的調(diào)優(yōu)（線程池的合理配置）

• 先從以下幾個角度分析任務(wù)的特性：

1. 任務(wù)的性質(zhì)： CPU 密集型任務(wù)、IO 密集型任務(wù)和混合型任務(wù)。
2. 任務(wù)的優(yōu)先級： 高、中、低。
3. 任務(wù)的執(zhí)行時間： 長、中、短。
4. 任務(wù)的依賴性： 是否依賴其他系統(tǒng)資源，如數(shù)據(jù)庫連接。

• 任務(wù)性質(zhì)不同的任務(wù)可以用不同規(guī)模的線程池分開處理。 可以通過 Runtime.getRuntime().availableProcessors() 方法獲得當前設(shè)備的 CPU 個數(shù)。

1. CPU 密集型任務(wù)配置盡可能小的線程，如配置 N c p u + 1 N_{cpu}+1Ncp**u+1 個線程的線程池。
2. IO 密集型任務(wù)則由于線程并不是一直在執(zhí)行任務(wù)，則配置盡可能多的線程，如2 ? N c p u 2N_{cpu}2?Ncp**u*。
3. 混合型任務(wù)，如果可以拆分，則將其拆分成一個 CPU 密集型任務(wù)和一個 IO 密集型任務(wù)。只要這兩個任務(wù)執(zhí)行的時間相差不是太大，那么分解后執(zhí)行的吞吐率要高于串行執(zhí)行的吞吐率；如果這兩個任務(wù)執(zhí)行時間相差太大，則沒必要進行分解。

• 優(yōu)先級不同的任務(wù)可以使用優(yōu)先級隊列 PriorityBlockingQueue 來處理，它可以讓優(yōu)先級高的任務(wù)先得到執(zhí)行。但是，如果一直有高優(yōu)先級的任務(wù)加入到阻塞隊列中，那么低優(yōu)先級的任務(wù)可能永遠不能執(zhí)行。
• 執(zhí)行時間不同的任務(wù)可以交給不同規(guī)模的線程池來處理，或者也可以使用優(yōu)先級隊列，讓執(zhí)行時間短的任務(wù)先執(zhí)行。
• 依賴數(shù)據(jù)庫連接池的任務(wù)，因為線程提交 SQL 后需要等待數(shù)據(jù)庫返回結(jié)果，線程數(shù)應(yīng)該設(shè)置得較大，這樣才能更好的利用 CPU。
• 建議使用有界隊列，有界隊列能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和預(yù)警能力。可以根據(jù)需要設(shè)大一點，比如幾千。使用無界隊列，線程池的隊列就會越來越大，有可能會撐滿內(nèi)存，導(dǎo)致整個系統(tǒng)不可用。

② 線程池的監(jiān)控

• 可以通過線程池提供的參數(shù)讀線程池進行監(jiān)控，有以下屬性可以使用：

1. taskCount：線程池需要執(zhí)行的任務(wù)數(shù)量，包括已經(jīng)執(zhí)行完的、未執(zhí)行的和正在執(zhí)行的。
2. completedTaskCount：線程池在運行過程中已完成的任務(wù)數(shù)量，completedTaskCount <= taskCount。
3. largestPoolSize：線程池曾經(jīng)創(chuàng)建過的最大線程數(shù)量，通過這個數(shù)據(jù)可以知道線程池是否滿過。如等于線程池的最大大小，則表示線程池曾經(jīng)滿了。
4. getPoolSize: 線程池的線程數(shù)量。如果線程池不銷毀的話，池里的線程不會自動銷毀，所以線程池的線程數(shù)量只增不減。
5. getActiveCount：獲取活動的線程數(shù)。

• 通過繼承線程池并重寫線程池的 beforeExecute，afterExecute 和 terminated 方法，我們可以在任務(wù)執(zhí)行前，執(zhí)行后和線程池關(guān)閉前干一些事情。
• 如監(jiān)控任務(wù)的平均執(zhí)行時間，最大執(zhí)行時間和最小執(zhí)行時間等。這幾個方法在線程池里是空方法，如：

protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) { }

3. Java線程池的常見問題

1. 講講Java的線程池

• 基礎(chǔ)講解：

1. 以ThreadPoolExecutor為切入點，講解excute()方法中所體現(xiàn)的Java線程池運行流程。
2. 工作線程Worker，它的循環(huán)工作特點
3. 如何新建線程池：7個參數(shù)（重點在阻塞隊列和飽和策略）

• 進階：

1. 線程池五個狀態(tài)的特點以及如何進行狀態(tài)之間的切換：running、shutdown、stop、tidying、terminated。
2. 如何關(guān)閉線程：shutdown方法和shutdownNow方法的特點
3. 線程池的調(diào)優(yōu)（針對任務(wù)的不同特性 + 建議使用有界隊列）
4. 線程池的監(jiān)控參數(shù)以及可以重寫的方法。

• 兩種主要的線程池類型：普通的線程池ThreadPoolExecutor，支持延遲或周期性執(zhí)行的任務(wù)的線程池ScheduledThreadPoolExcutor。
• 講解ThreadPoolExcutor中5個常用參數(shù)+2個不常用參數(shù)，包含的三種線程池：創(chuàng)建時的參數(shù)、運行的流程、各自適合的場景。
• 講解ScheduledThreadPoolExecutor的阻塞隊列的原理、如何更改任務(wù)的time。
• 提供了五種定義好的線程池，都可以通過Executors工具類去調(diào)用，比如Executors.newFixedThreadPool(12)

2. 具體的場景，如果corePoolSize為x，maximumPoolSize為y，阻塞隊列為z，第w個任務(wù)進來如何分配？

3. 線程池如何進行調(diào)優(yōu)？

• 線程池的調(diào)優(yōu)（針對任務(wù)的不同特性 + 建議使用有界隊列）

4. 線程池中的核心參數(shù)，超過核心size怎么處理，隊列滿怎么處理，拒絕策略有哪些？（比較具體）