面试笔记——线程池

线程池的核心参数（原理）

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

• corePoolSize 核心线程数目
• maximumPoolSize 最大线程数目 = (核心线程+救急线程的最大数目)
• keepAliveTime 生存时间 ： 救急线程的生存时间，生存时间内没有新任务，此线程资源会释放
• unit 时间单位 ：救急线程的生存时间单位，如秒、毫秒等
• workQueue ：当没有空闲核心线程时，新来任务会加入到此队列排队，队列满会创建救急线程执行任务
• threadFactory 线程工厂 ：可以定制线程对象的创建，例如设置线程名字、是否是守护线程等
• handler 拒绝策略：当所有线程都在繁忙，workQueue 也放满时，会触发拒绝策略

使用Demo：

import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class ThreadPoolDemo implements Runnable {

    public static void main(String[] args) {

        //创建阻塞队列
        LinkedBlockingQueue<Runnable> queue = new LinkedBlockingQueue<>(100);

        ArrayBlockingQueue<Runnable> arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(5);


        //创建工厂
        ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactory() {

            AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1);
            @Override
            public Thread newThread(Runnable r) {
                //创建线程把任务传递进去
                Thread thread = new Thread(r);
                //设置线程名称
                thread.setName("MyThread: "+atomicInteger.getAndIncrement());
                return thread;
            }
        };
        ThreadPoolExecutor pool  = new ThreadPoolExecutor(
                2,
                5,
                1,
                TimeUnit.SECONDS,
                arrayBlockingQueue,
                threadFactory,
                new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            pool.submit(new ThreadPoolDemo());
        }

        pool.shutdown();
    }

    @Override
    public void run() {
        //执行业务
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 进来了");
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"出去了");
    }
}

线程池中常见的阻塞队列

workQueue：当没有空闲核心线程时，新来任务会加入到此队列排队，队列满会创建救急线程执行任务。

1. ArrayBlockingQueue：基于数组结构的有界阻塞队列，FIFO。
2. LinkedBlockingQueue：基于链表结构的有界阻塞队列，FIFO。
3. DelayedWorkQueue ：是一个优先级队列，它可以保证每次出队的任务都是当前队列中执行时间最靠前的
4. SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列，每个插入操作都必须等待一个移出操作。

ArrayBlockingQueue的LinkedBlockingQueue区别：

确定核心线程数

• IO密集型任务：核心线程数大小设置为2N+1（N为当前CPU的核数）
  • 一般来说：文件读写、DB读写、网络请求等
• CPU密集型任务：核心线程数大小设置为N+1
  • 一般来说：计算型代码、Bitmap转换、Gson转换等

查看机器的CPU核数：

public static void main(String[] args) {
	//查看机器的CPU核数
	System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());
}

参考回答：

• 高并发、任务执行时间短 ：（ CPU核数+1 ），减少线程上下文的切换
• 并发不高、任务执行时间长
  • IO密集型的任务 ： (CPU核数 * 2 + 1)
  • 计算密集型任务 ：（ CPU核数+1 ）
• 并发高、业务执行时间长，解决这种类型任务的关键不在于线程池而在于整体架构的设计，看看这些业务里面某些数据是否能做缓存是第一步，增加服务器是第二步，至于线程池的设置，设置参考上一条

线程池的种类

在java.util.concurrent.Executors类中提供了大量创建连接池的静态方法，以下四种比较常见。
1. 创建使用固定线程数的线程池 ——适用于任务量已知，相对耗时的任务

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

核心线程数与最大线程数一样，没有救急线程
阻塞队列是LinkedBlockingQueue，最大容量为Integer.MAX_VALUE
举例：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class FixedThreadPoolCase {

    static class FixedThreadDemo implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            String name = Thread.currentThread().getName();
            for (int i = 0; i < 2; i++) {
                System.out.println(name + ":" + i);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //创建一个固定大小的线程池，核心线程数和最大线程数都是3
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            executorService.submit(new FixedThreadDemo());
            Thread.sleep(10);
        }

        executorService.shutdown();
    }

}

运行结果：

pool-1-thread-1:0
pool-1-thread-1:1
pool-1-thread-2:0
pool-1-thread-2:1
pool-1-thread-3:0
pool-1-thread-3:1
pool-1-thread-1:0
pool-1-thread-1:1
pool-1-thread-2:0
pool-1-thread-2:1

2. 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)执行——适用于按照顺序执行的任务

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

核心线程数和最大线程数都是1
阻塞队列是LinkedBlockingQueue，最大容量为Integer.MAX_VALUE

举例：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class NewSingleThreadCase {

    static int count = 0;

    static class Demo implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            count++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + count);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //单个线程池，核心线程数和最大线程数都是1
        ExecutorService exec = Executors.newSingleThreadExecutor();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            exec.execute(new Demo());
            Thread.sleep(5);
        }
        exec.shutdown();
    }

}

运行结果:

pool-1-thread-1:1
pool-1-thread-1:2
pool-1-thread-1:3
pool-1-thread-1:4
pool-1-thread-1:5
pool-1-thread-1:6
pool-1-thread-1:7
pool-1-thread-1:8
pool-1-thread-1:9
pool-1-thread-1:10

3. 可缓存线程池——适合任务数比较密集，但每个任务执行时间较短的情况

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

核心线程数为0
最大线程数是Integer.MAX_VALUE
阻塞队列为SynchronousQueue:不存储元素的阻塞队列，每个插入操作都必须等待一个移出操作。

举例：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class CachedThreadPoolCase {

    static class Demo implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            String name = Thread.currentThread().getName();
            try {
                //修改睡眠时间，模拟线程执行需要花费的时间
                Thread.sleep(100);

                System.out.println(name + "执行完了");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //创建一个缓存的线程，没有核心线程数，最大线程数为Integer.MAX_VALUE
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            exec.execute(new Demo());
            Thread.sleep(1);
        }
        exec.shutdown();
    }

}

运行结果：

pool-1-thread-1执行完了
pool-1-thread-2执行完了
pool-1-thread-3执行完了
pool-1-thread-4执行完了
pool-1-thread-5执行完了
pool-1-thread-6执行完了
pool-1-thread-7执行完了
pool-1-thread-8执行完了
pool-1-thread-9执行完了
pool-1-thread-10执行完了

4. 提供了“延迟”和“周期执行”功能的ThreadPoolExecutor。

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,new DelayedWorkQueue());
}
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                   ThreadFactory threadFactory) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS, new DelayedWorkQueue(), threadFactory);
}
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                   RejectedExecutionHandler handler) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS, new DelayedWorkQueue(), handler);
}
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                   ThreadFactory threadFactory,
                                   RejectedExecutionHandler handler) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS, new DelayedWorkQueue(), threadFactory, handler);
}

举例

import java.util.Date;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ScheduledThreadPoolCase {

    static class Task implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            try {
                String name = Thread.currentThread().getName();

                System.out.println(name + ", 开始：" + new Date());
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(name + ", 结束：" + new Date());

            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //按照周期执行的线程池，核心线程数为2，最大线程数为Integer.MAX_VALUE
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(2);
        System.out.println("程序开始：" + new Date());

        /**
         * schedule 提交任务到线程池中
         * 第一个参数：提交的任务
         * 第二个参数：任务执行的延迟时间
         * 第三个参数：时间单位
         */
        scheduledThreadPool.schedule(new Task(), 0, TimeUnit.SECONDS);
        scheduledThreadPool.schedule(new Task(), 1, TimeUnit.SECONDS);
        scheduledThreadPool.schedule(new Task(), 5, TimeUnit.SECONDS);

        Thread.sleep(5000);

        // 关闭线程池
        scheduledThreadPool.shutdown();

    }

}

运行结果：

程序开始：Mon Apr 29 22:26:18 CST 2024
pool-1-thread-1, 开始：Mon Apr 29 22:26:18 CST 2024
pool-1-thread-2, 开始：Mon Apr 29 22:26:19 CST 2024
pool-1-thread-1, 结束：Mon Apr 29 22:26:19 CST 2024
pool-1-thread-2, 结束：Mon Apr 29 22:26:20 CST 2024
pool-1-thread-1, 开始：Mon Apr 29 22:26:23 CST 2024
pool-1-thread-1, 结束：Mon Apr 29 22:26:24 CST 2024

综上：
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
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)执行
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
newScheduledThreadPool：可以执行延迟任务的线程池，支持定时及周期性任务执行

为什么不使用Excutors创建线程池

参考阿里开发手册《Java开发手册-嵩山版》

ps：OOM是指内存溢出。
最后，建议根据计算机的条件使用ThreadPoolExecutor创建线程池（突然感觉上一节白学了，唉~）。