Java面試經典題：線程池專題

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1、什麼是線程池

線程池的基本思想是一種對象池，在程式啟動時就開闢一塊記憶體空間，裡面存放了眾多(未死亡)的線程，池中線程執行調度由池管理器來處理。當有線程任務時，從池中取一個，執行完成後線程對象歸池，這樣可以避免反覆建立線程對象所帶來的效能開銷，節省了系統的資源。

2、使用線程池的好處

1. 減少了建立和銷毀線程的次數，每個背景工作執行緒都可以被重複利用，可執行多個任務。
2. 運用線程池能有效控制線程最大並發數，可以根據系統的承受能力，調整線程池中工作線線程的數目，防止因為消耗過多的記憶體，而把伺服器累趴下(每個線程需要大約1MB記憶體，線程開的越多，消耗的記憶體也就越大，最後死機)。
3. 對線程進行一些簡單的管理，比如：延時執行、定時迴圈執行的策略等，運用線程池都能進行很好的實現

3、線程池的主要組件

 

 

一個線程池包括以下四個基本組成部分：

1. 線程池管理器（ThreadPool）：用於建立並管理線程池，包括 建立線程池，銷毀線程池，添加新任務；
2. 背景工作執行緒（WorkThread）：線程池中線程，在沒有任務時處於等待狀態，可以迴圈的執行任務；
3. 任務介面（Task）：每個任務必須實現的介面，以供背景工作執行緒調度任務的執行，它主要規定了任務的入口，任務執行完後的收尾工作，任務的執行狀態等；
4. 任務隊列（taskQueue）：用於存放沒有處理的任務。提供一種緩衝機制。

4、ThreadPoolExecutor類

講到線程池，要重點介紹java.uitl.concurrent.ThreadPoolExecutor類，ThreadPoolExecutor線程池中最核心的一個類，ThreadPoolExecutor在JDK中線程池常用類UML類別關係圖如下：

 

我們可以通過ThreadPoolExecutor來建立一個線程池

 

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

1. 建立一個線程池需要輸入幾個參數

• corePoolSize（線程池的基本大小）：當提交一個任務到線程池時，線程池會建立一個線程來執行任務，即使其他閒置基本線程能夠執行新任務也會建立線程，等到需要執行的任務數大於線程池基本大小時就不再建立。如果調用了線程池的prestartAllCoreThreads方法，線程池會提前建立並啟動所有基本線程。
• maximumPoolSize（線程池最大大小）：線程池允許建立的最大線程數。如果隊列滿了，並且已建立的線程數小於最大線程數，則線程池會再建立新的線程執行任務。值得注意的是如果使用了無界的任務隊列這個參數就沒什麼效果。
• runnableTaskQueue（任務隊列）：用於儲存等待執行的任務的阻塞隊列。
• ThreadFactory：用於設定建立線程的工廠，可以通過線程工廠給每個建立出來的線程設定更有意義的名字，Debug和定位問題時非常又協助。
• RejectedExecutionHandler（拒絕策略）：當隊列和線程池都滿了，說明線程池處於飽和狀態，那麼必須採取一種策略處理提交的新任務。這個策略預設情況下是AbortPolicy，表示無法處理新任務時拋出異常。以下是JDK1.5提供的四種策略。n AbortPolicy：直接拋出異常。
• keepAliveTime（線程活動保持時間）：線程池的背景工作執行緒空閑後，保持存活的時間。所以如果任務很多，並且每個任務執行的時間比較短，可以調大這個時間，提高線程的利用率。
• TimeUnit（線程活動保持時間的單位）：可選的單位有天（DAYS），小時（HOURS），分鐘（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. 向線程池提交任務

我們可以通過execute()或submit()兩個方法向線程池提交任務，不過它們有所不同

• execute()方法沒有傳回值，所以無法判斷任務知否被線程池執行成功

threadsPool.execute(new Runnable() {    @Override    public void run() {    // TODO Auto-generated method stub   }});複製代碼

• submit()方法返回一個future,那麼我們可以通過這個future來判斷任務是否執行成功，通過future的get方法來擷取傳回值

try {     Object s = future.get();   } catch (InterruptedException e) {   // 處理中斷異常   } catch (ExecutionException e) {   // 處理無法執行任務異常   } finally {   // 關閉線程池   executor.shutdown();}複製代碼

3. 線程池的關閉

我們可以通過shutdown()或shutdownNow()方法來關閉線程池，不過它們也有所不同

• shutdown的原理是只是將線程池的狀態設定成SHUTDOWN狀態，然後中斷所有沒有正在執行任務的線程。
• shutdownNow的原理是遍曆線程池中的背景工作執行緒，然後逐個調用線程的interrupt方法來中斷線程，所以無法響應中斷的任務可能永遠無法終止。shutdownNow會首先將線程池的狀態設定成STOP，然後嘗試停止所有的正在執行或暫停任務的線程，並返回等待執行任務的列表。

4. ThreadPoolExecutor執行的策略

 

 

1. 線程數量未達到corePoolSize，則建立一個線程(核心線程)執行任務
2. 線程數量達到了corePools，則將任務移入隊列等待
3. 隊列已滿，建立線程(非核心線程)執行任務
4. 隊列已滿，匯流排程數又達到了maximumPoolSize，就會由(RejectedExecutionHandler)拋出異常

建立線程 -> 達到核心數 -> 排入佇列 -> 建立線程（非核心） -> 達到最大數 -> 觸發拒絕策略

5. 四種拒絕策略

1. AbortPolicy：不執行新任務，直接拋出異常，提示線程池已滿，線程池預設策略
2. DiscardPolicy：不執行新任務，也不拋出異常，基本上為靜默模式。
3. DisCardOldSetPolicy：將訊息佇列中的第一個任務替換為當前新進來的任務執行
4. CallerRunPolicy：拒絕新任務進入，如果該線程池還沒有被關閉，那麼這個新的任務在執行線程中被調用）

5、Java通過Executors提供四種線程池

1. CachedThreadPool()：可緩衝線程池。

• 線程數無限制
• 有空閑線程則複用空閑線程，若無空閑線程則建立線程 一定程式減少頻繁建立/銷毀線程，減少系統開銷

2. FixedThreadPool()：定長線程池。

• 可控制線程最大並發數（同時執行的線程數）
• 超出的線程會在隊列中等待

3. ScheduledThreadPool()：

• 定時線程池。
• 支援定時及週期性任務執行。

4. SingleThreadExecutor()：單線程化的線程池。

• 有且僅有一個背景工作執行緒執行任務
• 所有任務按照指定順序執行，即遵循隊列的入隊出隊規則

1. newCachedThreadPool

newCachedThreadPool建立一個可緩衝線程池，如果線程池長度超過處理需要，可靈活回收空閑線程，若無可回收，則建立線程

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);}});}}}複製代碼

 

 

2. newFixedThreadPool

newFixedThreadPool建立一個定長線程池，可控制線程最大並發數，超出的線程會在隊列中等待，指定線程池中的線程數量和最大線程數量一樣，也就線程數量固定不變

範例程式碼如下

public class ThreadPoolExecutorTest {public static void main(String[] args) {ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);// 每隔兩秒列印3個數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);//三個線程並發Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});}}}複製代碼

 

 

3. newscheduledThreadPool

newscheduledThreadPool建立一個定長線程池，支援定時及週期性任務執行。順延強制範例程式碼如下.表示延遲1秒後每3秒執行一次

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);// 表示延遲1秒後每3秒執行一次}}複製代碼

 

 

4. newSingleThreadExecutor

newSingleThreadExecutor建立一個單線程化的線程池，它只會用唯一的背景工作執行緒來執行任務，保證所有任務按照指定順序(FIFO, LIFO, 優先順序)執行

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();}}});}}}複製代碼

結果依次輸出，相當於順序執行各個任務。使用JDK內建的監控工具來監控我們建立的線程數量，運行一個不終止的線程，建立指定量的線程，來觀察

 

 

 

Java面試經典題：線程池專題