Java線程池，10分鐘搞定！

大家好我是魚皮，今天分享 Java線程池相關(guān)知識點。

大家都知道找Java工作的時候，線程池是一個必問的知識點，面試時，有的人只能講五分鐘，而有些人可以講半個小時，差別在哪？在于知識的深度。下面幾個面試高頻題，你會嗎？

• 線程池各個參數(shù)的作用，簡單闡述一下線程池工作流程。
• 常見的線程池有哪些，分別適用于什么場景？
• 使用無界隊列的線程會導(dǎo)致內(nèi)存飆升嗎？
  
  

Java線程池概念

顧名思義，管理線程的池子，相比于手工創(chuàng)建、運行線程，使用線程池，有如下優(yōu)點

• 降低線程創(chuàng)建和銷毀線程造成的開銷
• 提高響應(yīng)速度。任務(wù)到達時，相對于手工創(chuàng)建一個線程，直接從線程池中拿線程，速度肯定快很多
• 提高線程可管理性。線程是稀缺資源，如果無限制地創(chuàng)建，不僅會消耗系統(tǒng)資源，還會降低系統(tǒng)穩(wěn)定性，使用線程池可以進行統(tǒng)一分配、調(diào)優(yōu)和監(jiān)控

Java線程池創(chuàng)建

無論是創(chuàng)建何種類型線程池(FixedThreadPool、CachedThreadPool…)，均會調(diào)用ThreadPoolExecutor構(gòu)造函數(shù)，下面詳細解讀各個參數(shù)的作用

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
    }

• corePoolSize:核心線程最大數(shù)量，通俗點來講就是，線程池中常駐線程的最大數(shù)量
• maximumPoolSize:線程池中運行最大線程數(shù)(包括核心線程和非核心線程)
• keepAliveTime:線程池中空閑線程（僅適用于非核心線程）所能存活的最長時間
• unit:存活時間單位，與keepAliveTime搭配使用
• workQueue：存放任務(wù)的阻塞隊列
• handler:線程池飽和策略

線程池執(zhí)行流程

當提交一個新任務(wù)，線程池的處理流程如下：

• 判斷線程池中核心線程數(shù)是否已達閾值corePoolSize,若否，則創(chuàng)建一個新核心線程執(zhí)行任務(wù)

• 若核心線程數(shù)已達閾值corePoolSize,判斷阻塞隊列workQueue是否已滿，若未滿，則將新任務(wù)添加進阻塞隊列

• 若滿，再判斷，線程池中線程數(shù)是否達到閾值maximumPoolSize,若否，則新建一個非核心線程執(zhí)行任務(wù)。若達到閾值，則執(zhí)行線程池飽和策略。

線程池飽和策略分為一下幾種：

• AbortPolicy:直接拋出一個異常，默認策略
• DiscardPolicy: 直接丟棄任務(wù)
• DiscardOldestPolicy:拋棄下一個將要被執(zhí)行的任務(wù)(最舊任務(wù))
• CallerRunsPolicy:主線程中執(zhí)行任務(wù)

從流程角度，更形象的圖：

從結(jié)構(gòu)角度，更形象的圖：

幾種常用的線程池

幾種典型的工作隊列

• ArrayBlockingQueue:使用數(shù)組實現(xiàn)的有界阻塞隊列，特性先進先出
• LinkedBlockingQueue:使用鏈表實現(xiàn)的阻塞隊列，特性先進先出，可以設(shè)置其容量，默認為Interger.MAX_VALUE，特性先進先出
• PriorityBlockingQueue:使用平衡二叉樹堆，實現(xiàn)的具有優(yōu)先級的無界阻塞隊列
• DelayQueue:無界阻塞延遲隊列，隊列中每個元素均有過期時間，當從隊列獲取元素時，只有
• 過期元素才會出隊列。隊列頭元素是最塊要過期的元素。
• SynchronousQueue: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(diào)用移除操作，否則插入操作一直處于阻塞狀態(tài)

幾種典型的線程池

SingleThreadExecutor

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

創(chuàng)建單個線程。它適用于需要保證順序地執(zhí)行各個任務(wù);并且在任意時間點，不會有多個線程是活動的應(yīng)用場景。

SingleThreadExecutor的corePoolSize和maximumPoolSize被設(shè)置為1，使用無界隊列LinkedBlockingQueue作為線程池的工作隊列。

• 當線程池中沒有線程時，會創(chuàng)建一個新線程來執(zhí)行任務(wù)。
• 當前線程池中有一個線程后，將新任務(wù)加入LinkedBlockingQueue
• 線程執(zhí)行完第一個任務(wù)后，會在一個無限循環(huán)中反復(fù)從LinkedBlockingQueue 獲取任務(wù)來執(zhí)行。

使用場景：適用于串行執(zhí)行任務(wù)場景

FixedThreadPool

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

corePoolSize等于maximumPoolSize,所以線程池中只有核心線程，使用無界阻塞隊列LinkedBlockingQueue作為工作隊列。

FixedThreadPool是一種線程數(shù)量固定的線程池，當線程處于空閑狀態(tài)時，他們并不會被回收，除非線程池被關(guān)閉。當所有的線程都處于活動狀態(tài)時，新的任務(wù)都會處于等待狀態(tài)，直到有線程空閑出來。

• 如果當前運行的線程數(shù)少于corePoolSize，則創(chuàng)建新線程來執(zhí)行任務(wù)。
• 在線程數(shù)目達到corePoolSize后，將新任務(wù)放到LinkedBlockingQueue阻塞隊列中。
• 線程執(zhí)行完(1)中任務(wù)后，會在循環(huán)中反復(fù)從LinkedBlockingQueue獲取任務(wù)來執(zhí)行。

使用場景：適用于處理CPU密集型的任務(wù)，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(zhí)行長期的任務(wù)。

CachedThreadPool

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

核心線程數(shù)為0，總線程數(shù)量閾值為Integer.MAX_VALUE,即可以創(chuàng)建無限的非核心線程。最新 Java 面試題出爐！看看吧。

執(zhí)行流程

• 先執(zhí)行SynchronousQueue的offer方法提交任務(wù)，并查詢線程池中是否有空閑線程來執(zhí)行SynchronousQueue的poll方法來移除任務(wù)。如果有，則配對成功，將任務(wù)交給這個空閑線程
• 否則，配對失敗，創(chuàng)建新的線程去處理任務(wù)
• 當線程池中的線程空閑時，會執(zhí)行SynchronousQueue的poll方法等待執(zhí)行SynchronousQueue中新提交的任務(wù)。若等待超過60s,空閑線程就會終止

流程形象圖

結(jié)構(gòu)形象圖

使用場景：執(zhí)行大量短生命周期任務(wù)。因為maximumPoolSize是無界的，所以提交任務(wù)的速度 > 線程池中線程處理任務(wù)的速度就要不斷創(chuàng)建新線程；每次提交任務(wù)，都會立即有線程去處理，因此CachedThreadPool適用于處理大量、耗時少的任務(wù)。

ScheduledThreadPool

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
          new DelayedWorkQueue());
}

線程總數(shù)閾值為Integer.MAX_VALUE,工作隊列使用DelayedWorkQueue，非核心線程存活時間為0，所以線程池僅僅包含固定數(shù)目的核心線程。

兩種方式提交任務(wù)：

• scheduleAtFixedRate: 按照固定速率周期執(zhí)行
• scheduleWithFixedDelay：上個任務(wù)延遲固定時間后執(zhí)行

使用場景：周期性執(zhí)行任務(wù)，并且需要限制線程數(shù)量的場景

面試題：使用無界隊列的線程池會導(dǎo)致內(nèi)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(wù)后，任務(wù)的執(zhí)行時間比較長，會導(dǎo)致隊列的任務(wù)越積越多，導(dǎo)致機器內(nèi)存使用不停飆升， 最終導(dǎo)致OOM。