python | 线程池面试题

本文总结一下线程池是怎么回事，分以下几个部分，对哪个部分感兴趣，可以直接跳到对应的章节

　　第一部分：线程池类的结构介绍

　　第二部分：线程池的使用

　　第三部分：线程池的创建流程

　　第四部分：线程池的应用场景

　　第五部分：线程池相关的面试题

第一部分：线程池类的结构

线程池存在于Java的并发包J.U.C中，线程池可以根据项目灵活控制并发的数目，避免频繁的创建和销毁线程，达到线程对象的重用。

下面是线程池的类图：

python | 线程池面试题

1、 接口Executor

接口Executor中，只有一个方法，为execute()

2、接口ExecutorService，继承自Executor

几个重要的方法：

(1) 关闭线程池的方法，有两种

一个ExecutorService(J.U.C)可以关闭，这将导致它拒绝新的任务。 ExecutorService的两种关闭线程池的方式，shutdown和shutdownNow方法：

　　① shutdown()：拒收新的任务，立马关闭正在执行的任务，可能会引起报错，需要异常捕获

　　② shutdownNow()：拒收新的任务，等待任务执行完毕，要确保任务里不会有永久等待阻塞的逻辑，否则会导致线程关闭不了

　　③ 不是马上关闭，要想等待线程池关闭，还需要调用waitFermination来阻塞等待

　　④ 还有一些业务场景下，需要知道线程池中的任务是否全部执行完成，当我们关闭线程池之后，可以用isTerminated来判断所有的线程是否执行完成，千万不要用isShutdown，　　它只是返回你是否调用过shutdown的结果

(2) submit()方法

方法submit延伸的方法Executor.execute(Runnable)通过创建并返回一个Future可用于取消执行和/或等待完成。submit()与execute()的一个区别是submit()有返回值，并且能够处理　　异常

3、 Executors(J.U.C)，提供了6个静态方法，分别创建6种不同的线程池，六大静态方法内部都是直接或间接调用ThreadPoolExecutor类的构造方法创建线程池对象，这六个静态方法　　本身是没有技术含量的。

Executors(类)	Executors静态方法	实现类
	newCachedThreadPool	ThreadPoolExecutor
	newFixedThreadPool	ThreadPoolExecutor
	newSingleThreadExecutor	ThreadPoolExecutor
	newScheduledThreadPool	ScheduledThreadPoolExecutor
	newSingleThreadScheduledExecutor	ScheduledThreadPoolExecutor
	newWorkStealingPool	ForkJoinPool
Executor(接口)：只有一个方法execute()

下面介绍常用的四种：

(1)FixedThreadPool

FixedThreadPool的特点：固定池子中线程的个数。使用静态方法newFixedThreadPool()创建线程池的时候指定线程池个数。

(2)CachedThreadPool（弹性缓存线程池）

CachedThreadPool的特点：用newCachedThreadPool()方法创建该线程池对象，创建之初里面一个线程都没有，当execute方法或submit方法向线程池提交任务时，会自动新建线程；如果线程池中有空余线程，则不会新建；这种线程池一般最多情况可以容纳几万个线程，里面的线程空余60s会被回收。

(3)SingleThreadPool（单线程线程池）

SingleThreadPool的特点：池中只有一个线程，如果扔5个任务进来，那么有4个任务将排队；作用是保证任务的顺序执行。

(4)ScheduledThreadpool（定时器线程池）

　　注意：要用ScheduledExecutorService去创建ScheduledThreadpool，如果用Executor去引用，就只能调用Executor接口中定义的方法；如果用ExecutorService接口去引用，就只能调用ExecutorService接口中定义的方法，无法使用ScheduledExecutorService接口中新增的方法，那么也就失去了这种线程池的意义

第二部分：线程池的使用

第一种方式，构建一个线程池

ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);

第二种方式，使用ThreadPoolExecutor构建一个线程池

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("开始执行线程池中的任务");
            }
        });
    }
}

如果只是简单的想要改变线程名称的前缀的话可以自定义ThreadFactory来实现，在Executors.new…中有一个ThreadFactory的参数，如果没有指定则用的是DefaultThreadFactory。

第三种方式，使用工具来创建线程池，Apache的guava中ThreadFactoryBuilder()来创建线程池，不仅可以避免OOM问题，还可以自定义线程名称，方便出错时溯源

第三部分：线程池的流程梳理

1、线程池的参数

　　(1) corePoolSize：核心线程数的大小

　　(2) maximumPoolSize：最大线程数的大小

　　(3) keepAliveTime：线程的空闲时间

　　(4) TimeUnit：空闲时间的单位

　　(5) workQueue：阻塞队列

　　(6) threadFactory：线程工厂

　　(7) Handler：拒绝策略

参数的详细说明：

　　(1) corePoolSize：池子里的线程数的大小，设置allowCoreThreadTimeOut(true)使核心线程数内的线程也可以被回收

　　(2) maximumPoolSize：当池子里的线程数达到核心线程数的大小，队列也满了，可以继续创建的线程，直到线程数达到maximumPoolSize

　　(3) keepAliveTime：线程的空闲时间，是跟核心线程数和最大线程数之间的线程相关，这部分线程，当到达规定的空闲时间还没有获取到任务，则会被回收

　　(4) TimeUnit：空闲时间的单位

　　(5) workQueue：默认支持4种阻塞队列

　　　　①ArrayBlockingQueue，基于数组的有界阻塞队列，按FIFO排序。新任务进来后，会放到该队列的队尾，有界的数组可以防止资源耗尽问题。

　　　　②LinkedBlockingQuene，基于链表的*阻塞队列（其实最大容量为Interger.MAX），按照FIFO排序。由于该队列的近似*性，当线程池中线程数量达到corePoolSize　　　　　　后，再有新任务进来，会一直存入该队列，而不会去创建新线程直到maxPoolSize，因此使用该工作队列时，参数maxPoolSize其实是不起作用的。

　　　　③SynchronousQuene，一个不缓存任务的阻塞队列，生产者放入一个任务必须等到消费者取出这个任务。也就是说新任务进来时，不会缓存，而是直接被调度执行该任务，　　　　　如果没有可用线程，则创建新线程，如果线程数量达到maxPoolSize，则执行拒绝策略。

　　　　④PriorityBlockingQueue，具有优先级的*阻塞队列，优先级通过参数Comparator实现。

　　(6) threadFactory：线程工厂，用来创建一个新线程时使用的工厂，可以用来设定线程名，是否为daemon线程等

　　(7) Handler：拒绝策略

　　　　①CallerRunsPolicy(直接拒绝任务)，该策略下，在调用者线程中直接执行被拒绝任务的run方法，除非线程池已经shutdown，则直接抛弃任务。

　　　　②AbortPolicy(直接丢弃任务，并抛异常)，该策略下，直接丢弃任务，并抛出RejectedExecutionException异常。

　　　　③DiscardPolicy(直接丢弃任务，什么都不做)，该策略下，直接丢弃任务，什么都不做。

　　　　④DiscardOldestPolicy(尝试添加新任务)，该策略下，抛弃进入队列最早的那个任务，然后尝试把这次拒绝的任务放入队列

2、线程池的运行过程

　　(1) 刚开始运行时，线程池是空的

　　(2) 一个任务进来，检查池中的线程数量，是否达到corePoolSize，如果没有达到，则创建线程，执行任务

　　(3) 任务执行完成之后，线程不会销毁，而是阻塞的等待下一个任务

　　(4) 又进来一个任务，不是直接使用阻塞的线程，而是检查线程池中的线程数大小，是否达到corePoolSize，如果没有达到，则继续创建新的线程，来执行新的任务，如此往复，　　直到线程池中的线程数达到corePoolSize，此时停止创建新的线程

　　(5) 此时，又来新的任务，会选择线程池中阻塞等待的线程来执行任务，有一个任务进来，唤醒一个线程来执行这个任务，处理完之后，再次阻塞，尝试在workQueue上获取下一　　个任务，如果线程池中没有可唤醒的线程，则任务进入workQueue，排队等待

　　(6) 如果队列是*队列，比如LinkedBlockingQueue，默认最大容量为Integer.MAX，接近于*，可用无限制的接收任务，如果队列是有界队列，比如ArrayBlockingQueue，可限定队列大小，当线程池中的线程来不及处理，然后，所有的任务都进入队列，队列的任务数也达到限定大小，此时，再来新的任务，就会入队失败，然后，就会再次尝试在线程池里创建线程，直到线程数达到maximumPoolSize，停止创建线程

　　(7)此时，队列满了，新的任务无法入队，创建的线程数也达到了maximumPoolSize，无法再创建新的线程，此时，就会reject掉，使用拒绝策略RejectedExecutionHandler，不让继续提交任务，默认的是AbortPolicy策略，拒绝，并抛出异常

　　(8) 超出corePoolSize数创建的那部分线程，是跟空闲时间keepAliveTime相关的，如果超过keepAliveTime时间还获取不到任务，线程会被销毁，自动释放掉

第四部分：线程池的应用场景

1、newSingleThreadExecutor：一个单线程的线程池，可以用于需要保证顺序执行的场景，并且只有一个线程在执行。

2、newFixedThreadPool：一个固定大小的线程池，可以用于已知并发压力的情况下，对线程数做限制。

3、newCachedThreadPool：一个可以无限扩大的线程池，比较适合处理执行时间比较小的任务。

4、newScheduledThreadPool：可以延时启动，定时启动的线程池，适用于需要多个后台线程执行周期任务的场景。

5、newWorkStealingPool：一个拥有多个任务队列的线程池，可以减少连接数，创建当前可用cpu数量的线程来并行执行。

线程池的实际业务场景：线程池适合单系统的大量的异步任务处理，比如发送短信、保存日志。

第五部分：线程池相关的面试题

1、为什么使用线程池，线程池有什么作用？

　　线程池，就是一个池子，存放指定数量的线程来执行任务，处理完任务的线程不进行回收，而是阻塞等待下一个任务，避免了频繁的创建和销毁线程，达到了线程的重用。

2、如何创建一个线程池？

　　最常用的，使用ThreadPoolExecutor实现类来创建线程池

3、如何关闭一个线程池？

　　ExecutorService提供了两种方法来关闭线程池，shutdown()和shutdownNow()

　　(1) shutdown：拒收新的任务，立马关闭正在执行的任务，可能会引起报错，需要异常捕获

　　(2) shutdownNow：拒收新的任务，等待任务执行完毕，要确保任务里不会有永久等待阻塞的逻辑，否则会导致线程关闭不了

　　不是马上关闭，要想等待线程池关闭，还需要调用waitFermination来阻塞等待

　还有一些业务场景下，需要知道线程池中的任务是否全部执行完成，当我们关闭线程池之后，可以用isTerminated来判断所有的线程是否执行完成，千万不要用isShutdown，它只　　是返回你是否调用过shutdown的结果

4、submit()和execute()方法的区别？

　　execute()方法在Executor()接口中，且是接口中唯一的方法

　　submit()方法在ExecutorService中，ExecutorService接口继承Executor 接口

　　execute()方法，开启线程执行池中的任务

　　submit()方法，也可以做到execute()的作用，它还可以返回执行结果，它的功能是提交指定的任务去执行并且返回Future对象(即执行的结果)

　　submit()和execute()的区别：

　　1) 接收的参数不一样

　　2) submit()方法有返回值Future，而execute()方法没有返回值

　　3) submit()方法方便处理Exception异常，意思就是，你在task里会抛出checked或者unchecked exception，而又希望外面的调用者能够感知这些exception并作出及时的处理，用 submit，通过捕获Future.get抛出的异常

5、为什么不建议使用Executors创建线程，而使用ThreadPoolExecutor实现类来创建线程？

　　Executors中FixedThreadPool使用的是LinkedBlockingQueue队列，近乎于*，队列大小默认为Integer.MAX_VALUE，几乎可以无限制的放任务到队列中，线程池中数量是固定的，当线程池中线程数量达到corePoolSize，不会再创建新的线程，所有任务都会入队到workQueue中，线程从workQueue中获取任务，但这个队列几乎永远不会满，只要队列不满，就不会再去创建新的线程，就跟maximumPoolSize和keepAliveTime没有关系，此时，如果线程池中的线程处理任务的时间特别长，导致无法处理新的任务，队列中的任务就会不断的积压，这个过程，会导致机器的内存使用不停的飙升，极端情况下会导致JVM OOM，系统就挂了。

　　总结：Executors中FixedThreadPool指定使用*队列LinkedBlockingQueue会导致内存溢出，所以，最好使用ThreadPoolExecutor自定义线程池

　　换一种问法：线程池中，*队列导致的内存飙升问题，同上

6、线程池如何调优

　　(1)首先，根据不同的需求选择线程池，如果需要单线程顺序执行，使用SingleThreadExecutor，如果已知并发压力，使用FixedThreadPool，固定线程数的大小，执行时间小的任务，可以使用CachedThreadPool，创建可缓存的线程池，可以无限扩大线程池，可以灵活回收空闲线程，最多可容纳几万个线程，线程空余60s会被回收，需要后台执行周期任务的，可以使用ScheduledThreadPool，可以延时启动和定时启动线程池，

　　(2)如何确认线程池的最大线程数目，分CPU密集型和IO密集型，如果是CPU密集型或计算密集型，因为CPU的利用率高，核心线程数可设置为n(核数)+1，如果是IO密集型，CPU利用率不高，可多给几个线程数，来进行工作，核心线程数可设置为2n(核数)

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