Java面试经典题:线程池专题

线程池的基本思想是一种对象池,在程序启动时就开辟一块内存空间,里面存放了众多(未死亡)的线程,池中线程执行调度由池管理器来处理。当有线程任务时,从池中取一个,执行完成后线程对象归池,这样可以避免反复创建线程对象所带来的性能开销,节省了系统的资源。

2、使用线程池的好处

  1. 减少了创建和销毁线程的次数,每个工作线程都可以被重复利用,可执行多个任务。
  2. 运用线程池能有效的控制线程最大并发数,可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线线程的数目,防止因为消耗过多的内存,而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存,线程开的越多,消耗的内存也就越大,最后死机)。
  3. 对线程进行一些简单的管理,比如:延时执行、定时循环执行的策略等,运用线程池都能进行很好的实现

3、线程池的主要组件

Java面试经典题:线程池专题

一个线程池包括以下四个基本组成部分:

  1. 线程池管理器(ThreadPool):用于创建并管理线程池,包括 创建线程池,销毁线程池,添加新任务;
  2. 工作线程(WorkThread):线程池中线程,在没有任务时处于等待状态,可以循环的执行任务;
  3. 任务接口(Task):每个任务必须实现的接口,以供工作线程调度任务的执行,它主要规定了任务的入口,任务执行完后的收尾工作,任务的执行状态等;
  4. 任务队列(taskQueue):用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。

3、ThreadPoolExecutor

讲到线程池,要重点介绍java.uitl.concurrent.ThreadPoolExecutor类,ThreadPoolExecutor线程池中最核心的一个类,ThreadPoolExecutor在JDK中线程池常用类UML类关系图如下:

Java面试经典题:线程池专题

我们可以通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池

new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize,keepAliveTime, 
milliseconds,runnableTaskQueue, threadFactory,handler);

(1)创建一个线程池需要输入几个参数

  • corePoolSize(线程池的基本大小) :当提交一个任务到线程池时,线程池会创建一个线程来执行任务,即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程,等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads方法,线程池会提前创建并启动所有基本线程。
  • maximumPoolSize(线程池最大大小) :线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了,并且已创建的线程数小于最大线程数,则线程池会再创建新的线程执行任务。值得注意的是如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果。
  • runnableTaskQueue(任务队列) :用于保存等待执行的任务的阻塞队列。
  • ThreadFactory :用于设置创建线程的工厂,可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字,Debug和定位问题时非常又帮助。
  • RejectedExecutionHandler(拒绝策略 :当队列和线程池都满了,说明线程池处于饱和状态,那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy,表示无法处理新任务时抛出异常。以下是JDK1.5提供的四种策略。n AbortPolicy:直接抛出异常。
  • keepAliveTime(线程活动保持时间 :线程池的工作线程空闲后,保持存活的时间。所以如果任务很多,并且每个任务执行的时间比较短,可以调大这个时间,提高线程的利用率。
  • TimeUnit(线程活动保持时间的单位) :可选的单位有天(DAYS),小时(HOURS),分钟(MINUTES),毫秒(MILLISECONDS),微秒(MICROSECONDS, 千分之一毫秒)和毫微秒(NANOSECONDS, 千分之一微秒)。

(2)向线程池提交任务

我们可以通过execute()或submit()两个方法向线程池提交任务,不过它们有所不同

  • execute()方法没有返回值,所以无法判断任务知否被线程池执行成功
threadsPool.execute(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
    // TODO Auto-generated method stub
   }
});
  • submit()方法返回一个future,那么我们可以通过这个future来判断任务是否执行成功,通过future的get方法来获取返回值
try {
     Object s = future.get();
   } catch (InterruptedException e) {
   // 处理中断异常
   } catch (ExecutionException e) {
   // 处理无法执行任务异常
   } finally {
   // 关闭线程池
   executor.shutdown();
}

(3)线程池的关闭

我们可以通过shutdown()或shutdownNow()方法来关闭线程池,不过它们也有所不同

  • shutdown的原理是只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态,然后中断所有没有正在执行任务的线程。
  • shutdownNow的原理是遍历线程池中的工作线程,然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程,所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。shutdownNow会首先将线程池的状态设置成STOP,然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程,并返回等待执行任务的列表。

(4)ThreadPoolExecutor执行的策略

Java面试经典题:线程池专题
  1. 线程数量未达到corePoolSize,则新建一个线程(核心线程)执行任务
  2. 线程数量达到了corePools,则将任务移入队列等待
  3. 队列已满,新建线程(非核心线程)执行任务
  4. 队列已满,总线程数又达到了maximumPoolSize,就会由(RejectedExecutionHandler)抛出异常

新建线程 -> 达到核心数 -> 加入队列 -> 新建线程(非核心) -> 达到最大数 -> 触发拒绝策略

(5)四种拒绝策略

  1. AbortPolicy:不执行新任务,直接抛出异常,提示线程池已满,线程池默认策略
  2. DiscardPolicy:不执行新任务,也不抛出异常,基本上为静默模式。
  3. DisCardOldSetPolicy:将消息队列中的第一个任务替换为当前新进来的任务执行
  4. CallerRunPolicy:拒绝新任务进入,如果该线程池还没有被关闭,那么这个新的任务在执行线程中被调用)

4、Java通过Executors提供四种线程池

  1. CachedThreadPool():可缓存线程池。
  • 线程数无限制
  • 有空闲线程则复用空闲线程,若无空闲线程则新建线程 一定程序减少频繁创建/销毁线程,减少系统开销
  1. FixedThreadPool():定长线程池。
  • 可控制线程最大并发数(同时执行的线程数)
  • 超出的线程会在队列中等待
  1. ScheduledThreadPool():
  • 定时线程池。
  • 支持定时及周期性任务执行。
  1. SingleThreadExecutor():单线程化的线程池。
  • 有且仅有一个工作线程执行任务
  • 所有任务按照指定顺序执行,即遵循队列的入队出队规则

1、newCachedThreadPool

newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池,如果线程池长度超过处理需要,可灵活回收空闲线程,若无可回收,则新建线程

public class ThreadPoolExecutorTest1 {
	public static void main(String[] args) {
		ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
		for (int i = 0; i < 1000; i++) {
			final int index = i;
			try {
				Thread.sleep(index * 1000);
			} catch (Exception e) {
				e.printStackTrace();
			}
			cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
				public void run() {
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+index);
				}
			});
		}
	}
}
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2、newFixedThreadPool

newFixedThreadPool创建一个定长线程池,可控制线程最大并发数,超出的线程会在队列中等待,指定线程池中的线程数量和最大线程数量一样,也就线程数量固定不变

示例代码如下

public class ThreadPoolExecutorTest {
	public static void main(String[] args) {
		ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);// 每隔两秒打印3个数
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			final int index = i;
			fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
				public void run() {
					try {
						System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+index);
						//三个线程并发
						Thread.sleep(2000);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
			});
		}
	}
}
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3、newscheduledThreadPool

newscheduledThreadPool创建一个定长线程池,支持定时及周期性任务执行。延迟执行示例代码如下.表示延迟1秒后每3秒执行一次

public class ThreadPoolExecutorTest3 {
	public static void main(String[] args) {
		ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
		scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
			public void run() {
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": delay 1 seconds, and excute every 3 seconds");
			}
		}, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);// 表示延迟1秒后每3秒执行一次
	}
}
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4、newSingleThreadExecutor

newSingleThreadExecutor创建一个单线程化的线程池,它只会用唯一的工作线程来执行任务,保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行

public class ThreadPoolExecutorTest4 {
	public static void main(String[] args) {
		ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			final int index = i;
			singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
				public void run() {
					try {
						System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + index);
						Thread.sleep(1000);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
			});
		}
	}
}

结果依次输出,相当于顺序执行各个任务。使用JDK自带的监控工具来监控我们创建的线程数量,运行一个不终止的线程,创建指定量的线程,来观察

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原文 

https://juejin.im/post/5b3cf259e51d45194e0b7204

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