執行緒池是怎么回事(附面試題)

本文總結一下執行緒池是怎么回事，分以下幾個部分，對哪個部分感興趣，可以直接跳到對應的章節

　　第一部分：執行緒池類的結構介紹

　　第二部分：執行緒池的使用

　　第三部分：執行緒池的創建流程

　　第四部分：執行緒池的應用場景

　　第五部分：執行緒池相關的面試題

第一部分：執行緒池類的結構

執行緒池存在于Java的并發包J.U.C中，執行緒池可以根據專案靈活控制并發的數目，避免頻繁的創建和銷毀執行緒，達到執行緒物件的重用，

下面是執行緒池的類圖：

1、 介面Executor

介面Executor中，只有一個方法，為execute()

2、 介面ExecutorService，繼承自Executor

幾個重要的方法：

(1) 關閉執行緒池的方法，有兩種

    一個ExecutorService(J.U.C)可以關閉，這將導致它拒絕新的任務， ExecutorService的兩種關閉執行緒池的方式，shutdown和shutdownNow方法：

　　① shutdown()：拒收新的任務，立馬關閉正在執行的任務，可能會引起報錯，需要例外捕獲

　　② shutdownNow()：拒收新的任務，等待任務執行完畢，要確保任務里不會有永久等待阻塞的邏輯，否則會導致執行緒關閉不了

　　③ 不是馬上關閉，要想等待執行緒池關閉，還需要呼叫waitFermination來阻塞等待

　　④ 還有一些業務場景下，需要知道執行緒池中的任務是否全部執行完成，當我們關閉執行緒池之后，可以用isTerminated來判斷所有的執行緒是否執行完成，千萬不要用isShutdown，　　它只是回傳你是否呼叫過shutdown的結果

(2) submit()方法

   方法submit延伸的方法Executor.execute(Runnable)通過創建并回傳一個Future可用于取消執行和/或等待完成，submit()與execute()的一個區別是submit()有回傳值，并且能夠處理　　例外

3、 Executors(J.U.C)，提供了6個靜態方法，分別創建6種不同的執行緒池，六大靜態方法 內部都是直接或間接呼叫ThreadPoolExecutor類的構造方法創建執行緒池物件，這六個靜態方法　　本身是沒有技術含量的，

下面介紹常用的四種：

(1)FixedThreadPool

FixedThreadPool的特點：固定池子中執行緒的個數，使用靜態方法newFixedThreadPool()創建執行緒池的時候指定執行緒池個數，

(2)CachedThreadPool（彈性快取執行緒池）

CachedThreadPool的特點：用newCachedThreadPool()方法創建該執行緒池物件， 創建之初里面一個執行緒都沒有，當execute方法或submit方法向執行緒池提交任務時， 會自動新建執行緒；如果執行緒池中有空余執行緒，則不會新建；這種執行緒池一般最多情況可 以容納幾萬個執行緒，里面的執行緒空余60s會被回收，

(3)SingleThreadPool（單執行緒執行緒池）

SingleThreadPool的特點：池中只有一個執行緒，如果扔5個任務進來，那么有4個任務將排隊；作用是保證任務的順序執行，

(4)ScheduledThreadpool（定時器執行緒池）

　　注意：要用ScheduledExecutorService去創建ScheduledThreadpool，如果用Executor去參考，就只能呼叫Executor介面中定義的方法；如果用ExecutorService介面去參考，就只能呼叫ExecutorService介面中定義的方法，無法使用ScheduledExecutorService介面中新增的方法，那么也就失去了這種執行緒池的意義

第二部分：執行緒池的使用

第一種方式，構建一個執行緒池

ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);

第二種方式，使用ThreadPoolExecutor構建一個執行緒池

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class test {
    public static void main(String args[]) {
        ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(5,10,
                10,TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5));
        executorService.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("開始執行執行緒池中的任務");
            }
        });
    }
}

如果只是簡單的想要改變執行緒名稱的前綴的話可以自定義ThreadFactory來實作，在Executors.new…中有一個ThreadFactory的引數，如果沒有指定則用的是DefaultThreadFactory，

第三種方式，使用工具來創建執行緒池，Apache的guava中ThreadFactoryBuilder()來創建執行緒池，不僅可以避免OOM問題，還可以自定義執行緒名稱，方便出錯時溯源

第三部分：執行緒池的流程梳理

1、執行緒池的引數

　　(1) corePoolSize：核心執行緒數的大小

　　(2) maximumPoolSize：最大執行緒數的大小

　　(3) keepAliveTime：執行緒的空閑時間

　　(4) TimeUnit：空閑時間的單位

　　(5) workQueue：阻塞佇列

　　(6) threadFactory：執行緒工廠

　　(7) Handler：拒絕策略

引數的詳細說明：

　　(1) corePoolSize：池子里的執行緒數的大小，設定allowCoreThreadTimeOut(true)使核心執行緒數內的執行緒也可以被回收

　　(2) maximumPoolSize：當池子里的執行緒數達到核心執行緒數的大小，佇列也滿了，可以繼續創建的執行緒，直到執行緒數達到maximumPoolSize

　　(3) keepAliveTime：執行緒的空閑時間，是跟核心執行緒數和最大執行緒數之間的執行緒相關，這部分執行緒，當到達規定的空閑時間還沒有獲取到任務，則會被回收

　　(4) TimeUnit：空閑時間的單位

　　(5) workQueue：默認支持4種阻塞佇列

　　　　①ArrayBlockingQueue，基于陣列的有界阻塞佇列，按FIFO排序，新任務進來后，會放到該佇列的隊尾，有界的陣列可以防止資源耗盡問題，

　　　　②LinkedBlockingQuene，基于鏈表的無界阻塞佇列（其實最大容量為Interger.MAX），按照FIFO排序，由于該佇列的近似無界性，當執行緒池中執行緒數量達到corePoolSize　　　　　　后，再有新任務進來，會一直存入該佇列，而不會去創建新執行緒直到maxPoolSize，因此使用該作業佇列時，引數maxPoolSize其實是不起作用的，

　　　　③SynchronousQuene，一個不快取任務的阻塞佇列，生產者放入一個任務必須等到消費者取出這個任務，也就是說新任務進來時，不會快取，而是直接被調度執行該任務，　　　　　如果沒有可用執行緒，則創建新執行緒，如果執行緒數量達到maxPoolSize，則執行拒絕策略，

　　　　④PriorityBlockingQueue，具有優先級的無界阻塞佇列，優先級通過引數Comparator實作，

　　(6) threadFactory：執行緒工廠，用來創建一個新執行緒時使用的工廠，可以用來設定執行緒名，是否為daemon執行緒等

　　(7) Handler：拒絕策略

　　　　①CallerRunsPolicy(直接拒絕任務)，該策略下，在呼叫者執行緒中直接執行被拒絕任務的run方法，除非執行緒池已經shutdown，則直接拋棄任務，

　　　　②AbortPolicy(直接丟棄任務，并拋例外)，該策略下，直接丟棄任務，并拋出RejectedExecutionException例外，

　　　　③DiscardPolicy(直接丟棄任務，什么都不做)，該策略下，直接丟棄任務，什么都不做，

　　　　④DiscardOldestPolicy(嘗試添加新任務)，該策略下，拋棄進入佇列最早的那個任務，然后嘗試把這次拒絕的任務放入佇列

2、執行緒池的運行程序

　　(1) 剛開始運行時，執行緒池是空的

　　(2) 一個任務進來，檢查池中的執行緒數量，是否達到corePoolSize，如果沒有達到，則創建執行緒，執行任務

　　(3) 任務執行完成之后，執行緒不會銷毀，而是阻塞的等待下一個任務

　　(4) 又進來一個任務，不是直接使用阻塞的執行緒，而是檢查執行緒池中的執行緒數大小，是否達到corePoolSize，如果沒有達到，則繼續創建新的執行緒，來執行新的任務，如此往復，　　直到執行緒池中的執行緒數達到corePoolSize，此時停止創建新的執行緒

　　(5) 此時，又來新的任務，會選擇執行緒池中阻塞等待的執行緒來執行任務，有一個任務進來，喚醒一個執行緒來執行這個任務，處理完之后，再次阻塞，嘗試在workQueue上獲取下一　　個任務，如果執行緒池中沒有可喚醒的執行緒，則任務進入workQueue，排隊等待

　　(6) 如果佇列是無界佇列，比如LinkedBlockingQueue，默認最大容量為Integer.MAX，接近于無界，可用無限制的接收任務，如果佇列是有界佇列，比如ArrayBlockingQueue，可限定佇列大小，當執行緒池中的執行緒來不及處理，然后，所有的任務都進入佇列，佇列的任務數也達到限定大小，此時，再來新的任務，就會入隊失敗，然后，就會再次嘗試在執行緒池里創建執行緒，直到執行緒數達到maximumPoolSize，停止創建執行緒

　　(7)此時，佇列滿了，新的任務無法入隊，創建的執行緒數也達到了maximumPoolSize，無法再創建新的執行緒，此時，就會reject掉，使用拒絕策略RejectedExecutionHandler，不讓繼續提交任務，默認的是AbortPolicy策略，拒絕，并拋出例外

　　(8) 超出corePoolSize數創建的那部分執行緒，是跟空閑時間keepAliveTime相關的，如果超過keepAliveTime時間還獲取不到任務，執行緒會被銷毀，自動釋放掉

第四部分：執行緒池的應用場景

1、newSingleThreadExecutor：一個單執行緒的執行緒池，可以用于需要保證順序執行的場景，并且只有一個執行緒在執行，

2、newFixedThreadPool：一個固定大小的執行緒池，可以用于已知并發壓力的情況下，對執行緒數做限制，

3、newCachedThreadPool：一個可以無限擴大的執行緒池，比較適合處理執行時間比較小的任務，

4、newScheduledThreadPool：可以延時啟動，定時啟動的執行緒池，適用于需要多個后臺執行緒執行周期任務的場景，

5、newWorkStealingPool：一個擁有多個任務佇列的執行緒池，可以減少連接數，創建當前可用cpu數量的執行緒來并行執行，

 執行緒池的實際業務場景：執行緒池適合單系統的大量的異步任務處理，比如發送短信、保存日志，

第五部分：執行緒池相關的面試題

1、為什么使用執行緒池，執行緒池有什么作用？

　　執行緒池，就是一個池子，存放指定數量的執行緒來執行任務，處理完任務的執行緒不進行回收，而是阻塞等待下一個任務，避免了頻繁的創建和銷毀執行緒，達到了執行緒的重用，

2、如何創建一個執行緒池？

　　最常用的，使用ThreadPoolExecutor實作類來創建執行緒池

3、如何關閉一個執行緒池？

　　ExecutorService提供了兩種方法來關閉執行緒池，shutdown()和shutdownNow()

　　(1) shutdown：拒收新的任務，立馬關閉正在執行的任務，可能會引起報錯，需要例外捕獲

　　(2) shutdownNow：拒收新的任務，等待任務執行完畢，要確保任務里不會有永久等待阻塞的邏輯，否則會導致執行緒關閉不了

　　不是馬上關閉，要想等待執行緒池關閉，還需要呼叫waitFermination來阻塞等待

 　   還有一些業務場景下，需要知道執行緒池中的任務是否全部執行完成，當我們關閉執行緒池之后，可以用isTerminated來判斷所有的執行緒是否執行完成，千萬不要用isShutdown，它只　　是回傳你是否呼叫過shutdown的結果

4、submit()和execute()方法的區別？

　　execute()方法在Executor()介面中，且是介面中唯一的方法

　　submit()方法在ExecutorService中，ExecutorService介面繼承Executor 介面

　　execute()方法，開啟執行緒執行池中的任務

　　submit()方法，也可以做到execute()的作用，它還可以回傳執行結果，它的 功能是提交指定的任務去執行并且回傳Future物件(即執行的結果)

　　submit()和execute()的區別：

　　1) 接收的引數不一樣

　　2) submit()方法有回傳值Future，而execute()方法沒有回傳值

　　3) submit()方法方便處理Exception例外，意思就是，你在task里會拋出checked或者unchecked exception， 而又希望外面的呼叫者能夠感知這些exception并作出及時的處理，用 submit，通過捕獲Future.get拋出的例外

5、為什么不建議使用Executors創建執行緒，而使用ThreadPoolExecutor實作類來創建執行緒？

　　Executors中FixedThreadPool使用的是LinkedBlockingQueue佇列，近乎于無界，佇列大小默認為Integer.MAX_VALUE，幾乎可以無限制的放任務到佇列中，執行緒池中數量是固定的，當執行緒池中執行緒數量達到corePoolSize，不會再創建新的執行緒，所有任務都會入隊到workQueue中，執行緒從workQueue中獲取任務，但這個佇列幾乎永遠不會滿，只要佇列不滿，就不會再去創建新的執行緒，就跟maximumPoolSize和keepAliveTime沒有關系，此時，如果執行緒池中的執行緒處理任務的時間特別長，導致無法處理新的任務，佇列中的任務就會不斷的積壓，這個程序，會導致機器的記憶體使用不停的飆升，極端情況下會導致JVM OOM，系統就掛了，

　　總結：Executors中FixedThreadPool指定使用無界佇列LinkedBlockingQueue會導致記憶體溢位，所以，最好使用ThreadPoolExecutor自定義執行緒池

　　換一種問法：執行緒池中，無界佇列導致的記憶體飆升問題，同上

6、執行緒池如何調優

　　(1)首先，根據不同的需求選擇執行緒池，如果需要單執行緒順序執行，使用SingleThreadExecutor，如果已知并發壓力，使用FixedThreadPool，固定執行緒數的大小，執行時間小的任務，可以使用CachedThreadPool，創建可快取的執行緒池，可以無限擴大執行緒池，可以靈活回收空閑執行緒，最多可容納幾萬個執行緒，執行緒空余60s會被回收，需要后臺執行周期任務的，可以使用ScheduledThreadPool，可以延時啟動和定時啟動執行緒池，

　　(2)如何確認執行緒池的最大執行緒數目，分CPU密集型和IO密集型，如果是CPU密集型或計算密集型，因為CPU的利用率高，核心執行緒數可設定為n(核數)+1，如果是IO密集型，CPU利用率不高，可多給幾個執行緒數，來進行作業，核心執行緒數可設定為2n(核數)

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