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Java 面试宝典：什么是线程池？它的核心原理是什么？

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 2024-03-23  阅读(104)
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线程池是一种池化的技术，其核心思想是为了减少每次获取和结束资源的消耗，提高对资源的利用率。

线程池的基本概念

  • 线程重用：线程池中的线程在执行完任务后不会被销毁，而是可以被重新利用来执行新的任务。
  • 任务队列：当所有线程都在忙碌时，新的任务会被放入一个队列中等待执行。
  • 线程管理：包括线程的创建、销毁、任务分配等。

线程池的好处

  • 降低资源消耗：通过重复利用现有的线程来执行任务，减少了线程创建和销毁的开销。
  • 提高响应速度：线程的创建是需要时间和资源的，利用现有线程执行任务，省去了创建线程的时间，拿到任务后可以立刻执行。
  • 提高线程的可管理性：线程是一种稀缺资源，如果无限制地创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性。使用线程池可以进行统一的分配、调优和监控。

线程池的使用

public class ThreadPoolTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1. 创建线程池
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                5,
                5,
                0L,
                TimeUnit.MILLISECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>(),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

        // 2. 往线程池中提交任务
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            threadPoolExecutor.execute(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - Java 面试 600 讲");
            });
        }

        // 3. 关闭线程池
        threadPoolExecutor.shutdown();
    }
}

执行结果：

从上面可以看出，线程池的使用非常简单：

  • 调用new ThreadPoolExecutor() 构造方法，指定核心参数，创建线程池。
  • 调用 execute() 方法提交 Runnable 任务。
  • 使用结束后，调用 shutdown() 方法，关闭线程池。

对于线程池而言，其核心参数非常重要，这也是我们面试线程池必问的一个问题。

线程池核心参数

线程池共有七大核心参数：

参数名称 参数含义
int corePoolSize 核心线程数
int maximumPoolSize 最大线程数
long keepAliveTime 线程存活时间
TimeUnit unit 时间单位
BlockingQueue workQueue 阻塞队列
ThreadFactory threadFactory 线程创建工厂
RejectedExecutionHandler handler 拒绝策略

1、 corePoolSize：核心线程数

当线程池中的线程数小于 corePoolSize 时，即使有空闲线程，线程池也会创建新线程来处理新的任务。默认情况下，空闲状态的线程是不会被回收的，所以 corePoolSize 是线程池中始终保持活跃的线程数量。但是我们可以通过一个参数 allowCoreThreadTimeOut 来控制核心线程的行为。当该参数被设置为 true 时，在空闲时间超过 keepAliveTime 时，核心线程也会被终止并回收。

举个例子：如果你有一个核心线程数为 5，最大线程数为 10 的线程池，且 allowCoreThreadTimeOut 设置为 false（默认情况），那么即使没有任务执行，线程池中也始终会有 5 个线程活跃。但如果将 allowCoreThreadTimeOut 设置为 true，那么这些核心线程在空闲超过 keepAliveTime 后会被终止回收，可能导致线程池中暂时没有任何线程。

这个参数比较适用于哪些“间歇性”的场景，即有时非常忙有时又完全空闲，在这种情况下，设置 allowCoreThreadTimeOut = true，可以在系统空闲时节约资源。

2、maximumPoolSize：最大线程数

这是线程池中允许的最大线程数量。

当线程池中的线程数达到 corePoolSize ，阻塞队列又满了之后，才会继续创建线程，直到达到 maximumPoolSize。另外空闲的非核心线程会被回收。

3、keepAliveTime：线程存活时间

当线程池中线程数量超过 corePoolSize 时，这是超出部分线程在空闲时的存活时间。

如果线程空闲时间超过 keepAliveTime，线程将被销毁，直到线程池中的线程数降至 corePoolSize。注意，这是默认情况下。

4、unit：时间单位

keepAliveTime 参数的时间单位，默认是TimeUnit.MILLISECONDS（毫秒），可选择的有：

  • TimeUnit.NANOSECONDS（纳秒）
  • TimeUnit.MICROSECONDS（微秒）
  • TimeUnit.MILLISECONDS（毫秒）
  • TimeUnit.SECONDS（秒）
  • TimeUnit.MINUTES（分钟）
  • TimeUnit.HOURS（小时）
  • TimeUnit.DAYS（天）

5、workQueue：阻塞队列

存放待处理任务的阻塞队列。当线程池中的线程数达到corePoolSize，再提交的任务就会放到阻塞队列的等待，默认使用的是LinkedBlockingQueue，可选择的有：

  • LinkedBlockingQueue（基于链表实现的阻塞队列）
  • ArrayBlockingQueue（基于数组实现的阻塞队列）
  • SynchronousQueue（只有一个元素的阻塞队列）
  • PriorityBlockingQueue（实现了优先级的阻塞队列）
  • DelayQueue（实现了延迟功能的阻塞队列）

6、threadFactory：线程创建工厂

用于创建新线程的工厂，默认的是Executors.defaultThreadFactory()。利用它，我们可以自定义线程创建的过程，例如设置线程名、优先级等。

创建线程的时候最好指定线程名称，便于排查问题。

7、handler：拒绝策略

当线程池中的线程数达到maximumPoolSize，阻塞队列也满了之后，再往线程池中提交任务，就会触发执行拒绝策略。常见的拒绝策略有：

  • AbortPolicy（直接终止，抛出异常，默认）
  • CallerRunsPolicy（返回给调用者执行）
  • DiscardPolicy（默默丢弃，不抛出异常）
  • DiscardOldestPolicy（丢弃队列中最旧的任务，执行当前任务）

线程池执行过程

  1. 首先检测线程池运行状态，如果不是RUNNING，则直接拒绝，线程池要保证在RUNNING的状态下执行任务。
  2. 如果workerCount < corePoolSize，则创建并启动一个线程来执行新提交的任务，即便有空闲线程。
  3. 如果workerCount >= corePoolSize，且线程池内的阻塞队列未满，则将任务添加到该阻塞队列中。
  4. 如果workerCount >= corePoolSize && workerCount < maximumPoolSize，且线程池内的阻塞队列已满，则创建并启动一个线程来执行新提交的任务。
  5. 如果workerCount >= maximumPoolSize，并且线程池内的阻塞队列已满, 则根据拒绝策略来处理该任务, 默认的处理方式是直接抛异常。
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