每日三道面试题，通往*的道路11——线程池

2024-02-16 08:30:46

茫茫人海千千万万，感谢这一秒你看到这里。希望我的面试题系列能对你的有所帮助！共勉！

愿你在未来的日子，保持热爱，奔赴山海！

每日三道面试题，成就更好自我

今天我们还是继续聊聊多线程中的线程池吧！

1. 你知道线程池吗？为什么需要使用线程池？

在面向对象编程中，创建和销毁对象是很费时间的，因为创建一个对象要获取内存资源或者其它更多资源。

而在Java中， JVM 中每创建和销毁线程就需要资源和时间的损耗了，线程中也是存在上下文切换，这需要一定的开销，并且线程的创建并不是越多越好，而如果创建的线程数太多，上下文切换的频率就变高，可能使得多线程带来的好处抵不过线程切换带来的开销，就有点得不偿失了。

那我们需要如何管控好线程呢？

所以我们可以创建一个容器把线程数缓存在容器了，以便给他人使用，并且无需再自行创建和销毁线程。

总结：

线程池就是事先创建若干个可执行的线程放入一个池（容器）中，需要的时候从池中获取线程不用自行创建，使用完毕不需要销毁线程而是放回池中，从而减少创建和销毁。

使用线程池的好处：

降低了资源的消耗，重用存在的线程，减少线程的创建和销毁的资源损耗。
提高了响应速度，无需等待创建和销毁的时间，一旦任务到达的时候，即可通过线程池的线程执行。
提高了线程的管控性，线程是稀缺的资源，如果无限创建，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。

不错呀！线程池也有涉及，看来平时都有学习呀，那咱们继续

2. 你知道有多少种创建线程池的方式

JDK1.5以后提供一个Executors工具类，里面提供一些静态工厂方法，生成一些常用的线程池。

newCachedThreadPool：创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。

那我们来看看底层的方法和实现过程：

底层：
```
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue<Runnable>());
}
```
我们实现的步骤：
```
public class ThreadPoolDemo {

    public static void main(String[] args) {
        threadPoolTest();
    }

    private static void threadPoolTest() {
        // 1. 使用工厂类获取线程池对象
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        // 2. 提交任务
        for (int i = 1; i < 8; i++) {
            executorService.submit(new MyRunnable(i));
        }
    }
}

// 我们的任务类
class MyRunnable implements Runnable {

    private int id;
    public MyRunnable(int id) {
        this.id = id;
    }
    @Override
    public void run() {
        // 打印是哪个线程的名称。
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行了任务" + id);
    }
}
```
可以得到的结果：

可以发现，线程池的开启是一直运行的状态，而如果你想结束的话，可以使用一个shutdown方法即 executorService.shutdown(); 每次任务都会创建多一个线程出来了。

我们可以看下newCacheThreadPool的运行流程如下：
1. 提交任务进线程池。
2. 因为corePoolSize为0的关系，不创建核心线程，线程池最大为Integer.MAX_VALUE。
3. 尝试将任务添加到SynchronousQueue队列。
4. 如果SynchronousQueue入列成功，等待被当前运行的线程空闲后拉取执行。如果当前没有空闲线程，那么就创建一个非核心线程，然后从SynchronousQueue拉取任务并在当前线程执行。
5. 如果SynchronousQueue已有任务在等待，入列操作将会阻塞。
当需要执行很多短时间的任务时，newCacheThreadPool的线程复用率比较高，会显著的提高性能。而且线程60s后会回收，意味着即使没有任务进来，newCacheThreadPool并不会占用很多资源。
newFixedThreadPool：创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。

还是一样看下底层和代码实现过程吧：

底层：
```
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
```
代码实现过程：
```
public static void main(String[] args) {
    // threadPoolTest();
    threadPoolTest2();
}

private static void threadPoolTest2() {
    // 1. 使用工厂类获取线程池对象
    ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);

    // 2. 提交任务
    for (int i = 1; i < 8; i++) {
        executorService.submit(new MyRunnable(i));
    }
}
```
得到的结果：
```
pool-1-thread-2执行了任务2
pool-1-thread-1执行了任务1
pool-1-thread-3执行了任务3
pool-1-thread-3执行了任务6
pool-1-thread-1执行了任务5
pool-1-thread-2执行了任务4
pool-1-thread-3执行了任务7
```
我们可以发现，创建线程数量就是我们指定3，核心线程数量和总线程数量相等，都是传入的参数nThreads，所以只能创建核心线程，不能创建非核心线程。因为LinkedBlockingQueue的默认大小是Integer.MAX_VALUE，故如果核心线程空闲，则交给核心线程处理；如果核心线程不空闲，则入列等待，直到核心线程空闲。

与newCacheThreadPool的区别：
- 因为 corePoolSize == maximumPoolSize ，所以FixedThreadPool只会创建核心线程。而CachedThreadPool因为corePoolSize=0，所以只会创建非核心线程。
- 在 getTask() 方法，如果队列里没有任务可取，线程会一直阻塞在 LinkedBlockingQueue.take() ，线程不会被回收。 CachedThreadPool会在60s后收回。
- 由于线程不会被回收，会一直卡在阻塞，所以没有任务的情况下， FixedThreadPool占用资源更多。
- 都几乎不会触发拒绝策略，但是原理不同。FixedThreadPool是因为阻塞队列可以很大（最大为Integer最大值），故几乎不会触发拒绝策略；CachedThreadPool是因为线程池很大（最大为Integer最大值），几乎不会导致线程数量大于最大线程数，故几乎不会触发拒绝策略。

newSingleThreadExecutor：创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行

还是一样看下底层和代码实现过程吧：

底层：

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

代码实现过程：

public static void main(String[] args) {
    // threadPoolTest();
    // threadPoolTest2();
    threadPoolTest3();
}

private static void threadPoolTest3() {
    // 1. 使用工厂类获取线程池对象
    ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

    // 2. 提交任务
    for (int i = 1; i < 8; i++) {
        executorService.submit(new MyRunnable(i));
    }
}

得到的结果：

pool-1-thread-1执行了任务1
pool-1-thread-1执行了任务2
pool-1-thread-1执行了任务3
pool-1-thread-1执行了任务4
pool-1-thread-1执行了任务5
pool-1-thread-1执行了任务6
pool-1-thread-1执行了任务7

可以发现，只创建了一个线程，有且仅有一个核心线程（ corePoolSize == maximumPoolSize=1），使用了LinkedBlockingQueue（容量很大），所以，不会创建非核心线程。所有任务按照先来先执行的顺序执行。如果这个唯一的线程不空闲，那么新来的任务会存储在任务队列里等待执行。

newScheduledThreadpool：创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

还是一样看下底层和代码实现过程吧：

底层：

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

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

代码实现：

public static void main(String[] args) {
    //        threadPoolTest();
    //        threadPoolTest2();
    //        threadPoolTest3();
    threadPoolTest4();
}

private static void threadPoolTest4() {
    // 1. 使用工厂类获取线程池对象
    ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(3);

    // 2. 每个任务延迟两秒执行
    for (int i = 1; i < 8; i++) {
        scheduledExecutorService.schedule(new MyRunnable(i), 2, TimeUnit.SECONDS);
    }

    System.out.println("看是不是我先执行了！");
}

可以看到的结果：

看是不是我先执行了！
pool-1-thread-1执行了任务1
pool-1-thread-1执行了任务4
pool-1-thread-2执行了任务2
pool-1-thread-3执行了任务3
pool-1-thread-2执行了任务6
pool-1-thread-1执行了任务5
pool-1-thread-3执行了任务7

我们可以发现，线程池只创建我们指定的线程数，并且返回的是一个继承了ExecutorService的ScheduledExecutorService的接口。它给我们提供一些延迟的方法：

public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command,
                                       long delay, TimeUnit unit);
延迟时间单位是unit，时间数是delay，任务是Runnable类型的command。
    
public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable,
                                        long delay, TimeUnit unit);
而这个方法是上面方法的重载，不一样的是任务是Callable类型的

秒啊，讲的这么详细。那按照惯例问你最后一道：

3. 线程池的五种状态你有了解吗？

线程池它有以下五种状态：

具体有：

RUNNING：这是最正常的状态，能正常接受新的任务，正常处理等待队列中的任务。
SHUTDOWN：不接受新的任务提交，但是会继续处理正在执行的业务并且也会处理阻塞队列中的任务。
STOP：不接受新的任务提交，不再处理等待队列中的任务，并且中断正在执行任务的线程。
TIDYING：所有的任务都执行完毕或销毁了，当前活动线程数为 0，线程池的状态在转换为 TIDYING 状态时，会执行钩子方法 terminated()进入终止状态。
TERMINATED：线程池彻底终止，即terminated()方法结束后，线程池的状态就会变成这个。

小伙子不错嘛！今天就到这里，期待你明天的到来，希望能让我继续保持惊喜！

参考资料：线程池原理

注: 如果文章有任何错误和建议，请各位大佬尽情留言！如果这篇文章对你也有所帮助，希望可爱亲切的您给个三连关注下，非常感谢啦！

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每日三道面试题，成就更好自我

1. 你知道线程池吗？为什么需要使用线程池？

2. 你知道有多少种创建线程池的方式

3. 线程池的五种状态你有了解吗？

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