Java線程池面試必備：核心參數、工作流、監控、調優手段

# Java的線程池

① 合理使用線程池的好處

Java的線程池是運用場景最多的并發架構，幾乎所有需要異步或者并發執行任務的程式都可以使用線程池。
合理使用線程池能帶來的好處：

降低資源消耗。通過重複利用已經建立的線程降低線程建立的和銷毀造成的消耗。例如，工作線程Woker會無線循環擷取阻塞隊列中的任務來執行。
提高響應速度。當任務到達時，任務可以不需要等到線程建立就能立即執行。
提高線程的可管理性。線程是稀缺資源，Java的線程池可以對線程資源進行統一配置設定、調優和監控。

② 線程池的工作流程

一個新的任務到線程池時，線程池的處理流程如下：1.線程池判斷核心線程池裡的線程是否都在執行任務。如果不是，建立一個新的工作線程來執行任務。如果核心線程池裡的線程都在執行任務，則進入下個流程。

線程池判斷阻塞隊列是否已滿。如果阻塞隊列沒有滿，則将新送出的任務存儲在阻塞隊列中。如果阻塞隊列已滿，則進入下個流程。
線程池判斷線程池裡的線程是否都處于工作狀态。如果沒有，則建立一個新的工作線程來執行任務。如果已滿，則交給飽和政策來處理這個任務。

線程池的核心實作類是ThreadPoolExecutor類，用來執行送出的任務。是以，任務送出到線程池時，具體的處理流程是由ThreadPoolExecutor類的execute()方法去完成的。

如果目前運作的線程少于corePoolSize，則建立新的工作線程來執行任務（執行這一步驟需要擷取全局鎖）。
如果目前運作的線程大于或等于corePoolSize，而且BlockingQueue未滿，則将任務加入到BlockingQueue中。
如果BlockingQueue已滿，而且目前運作的線程小于maximumPoolSize，則建立新的工作線程來執行任務（執行這一步驟需要擷取全局鎖）。
如果目前運作的線程大于或等于maximumPoolSize，任務将被拒絕，并調用RejectExecutionHandler.rejectExecution()方法。即調用飽和政策對任務進行處理。

工作線程（Worker)：線程池在建立線程時，會将線程封裝成工作線程Woker。Woker在執行完任務後，不是立即銷毀而是循環擷取阻塞隊列裡的任務來執行。

③ 線程池的建立（7個參數）

可以通過ThreadPoolExecutor來建立一個線程池：

new ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, 
 TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, RejectedExecutionHandler handler)

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corePoolSize（線程池的基本大小）：

送出一個任務到線程池時，線程池會建立一個新的線程來執行任務。注意：即使有空閑的基本線程能執行該任務，也會建立新的線程。
如果線程池中的線程數已經大于或等于corePoolSize，則不會建立新的線程。
如果調用了線程池的prestartAllCoreThreads()方法，線程池會提前建立并啟動所有基本線程。

maximumPoolSize（線程池的最大數量）：線程池允許建立的最大線程數。

阻塞隊列已滿，線程數小于maximumPoolSize便可以建立新的線程執行任務。
如果使用無界的阻塞隊列，該參數沒有什麼效果。

workQueue（工作隊列）：用于儲存等待執行的任務的阻塞隊列。

ArrayBlockingQueue：基于數組結構的有界阻塞隊列，按FIFO（先進先出）原則對任務進行排序。使用該隊列，線程池中能建立的最大線程數為maximumPoolSize。
LinkedBlockingQueue：基于連結清單結構的無界阻塞隊列，按FIFO（先進先出）原則對任務進行排序，吞吐量高于ArrayBlockingQueue。使用該隊列，線程池中能建立的最大線程數為corePoolSize。靜态工廠方法 Executor.newFixedThreadPool()使用了這個隊列。
SynchronousQueue：一個不存儲元素的阻塞隊列。添加任務的操作必須等到另一個線程的移除操作，否則添加操作一直處于阻塞狀态。靜态工廠方法 Executor.newCachedThreadPool()使用了這個隊列。
PriorityBlokingQueue：一個支援優先級的無界阻塞隊列。使用該隊列，線程池中能建立的最大線程數為corePoolSize。

keepAliveTime（線程活動保持時間）：線程池的工作線程空閑後，保持存活的時間。如果任務多而且任務的執行時間比較短，可以調大keepAliveTime，提高線程的使用率。
unit（線程活動保持時間的機關）：可選機關有DAYS、HOURS、MINUTES、毫秒、微秒、納秒。
handler（飽和政策，或者又稱拒絕政策）：當隊列和線程池都滿了，即線程池飽和了，必須采取一種政策處理送出的新任務。

AbortPolicy：無法處理新任務時，直接抛出異常，這是預設政策。
CallerRunsPolicy：用調用者所在的線程來執行任務。
DiscardOldestPolicy：丢棄阻塞隊列中最靠前的一個任務，并執行目前任務。
DiscardPolicy：直接丢棄任務。

threadFactory：建構線程的工廠類
總結：

常用的5個，核心池、最大池、空閑時間、時間的機關、阻塞隊列；另外兩個：拒絕政策、線程工廠類
常見線程池的建立參數如下。PS: CachedThreadPool核心池為0，最大池為Integer.MAX_VALUE，相當于隻使用了最大池；其他線程池，核心池與最大池一樣大，是以相當于隻用了核心池。

FixedThredPool: new ThreadExcutor(n, n, 0L, ms, new LinkedBlockingQueue<Runable>()
SingleThreadExecutor: new ThreadExcutor(1, 1, 0L, ms, new LinkedBlockingQueue<Runable>())
CachedTheadPool: new ThreadExcutor(0, max_valuem, 60L, s, new SynchronousQueue<Runnable>());
ScheduledThreadPoolExcutor: ScheduledThreadPool, SingleThreadScheduledExecutor.

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如果使用的阻塞隊列為無界隊列，則永遠不會調用拒絕政策，因為再多的任務都可以放在隊列中。
SynchronousQueue是不存儲任務的，新的任務要麼立即被已有線程執行，要麼建立新的線程執行。

④ 向線程池送出任務

使用ThreadPoolEXecutor.execute()方法來送出任務：

public void execute(Runnable command) {
    // command為null，抛出NullPointerException
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();      
    int c = ctl.get();
    // 線程池中的線程數小于corePoolSize，建立新的線程
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true))// 建立工作線程
            return;
        c = ctl.get();
    }
    // 将任務添加到阻塞隊列，如果
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }// 阻塞隊列已滿，嘗試建立新的線程，如果超過maximumPoolSize，執行handler.rejectExecution()
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
}

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⑤ 線程池的五種運作狀态

RUNNING ：該狀态的線程池既能接受新送出的任務，又能處理阻塞隊列中任務。
SHUTDOWN：該狀态的線程池不能接收新送出的任務，但是能處理阻塞隊列中的任務。（政府服務大廳不在允許群衆拿号了，處理完手頭的和排隊的政務就下班。）

處于 RUNNING 狀态時，調用 shutdown()方法會使線程池進入到該狀态。
注意：finalize() 方法在執行過程中也會隐式調用shutdown()方法。

STOP：該狀态的線程池不接受新送出的任務，也不處理在阻塞隊列中的任務，還會中斷正在執行的任務。（政府服務大廳不再進行服務了，拿号、排隊、以及手頭工作都停止了。）

線上程池處于 RUNNING 或 SHUTDOWN 狀态時，調用 shutdownNow() 方法會使線程池進入到該狀态；

TIDYING：如果所有的任務都已終止，workerCount (有效線程數)=0 。

線程池進入該狀态後會調用 terminated() 鈎子方法進入TERMINATED 狀态。

TERMINATED：在terminated()鈎子方法執行完後進入該狀态，預設terminated()鈎子方法中什麼也沒有做。

⑥ 線程池的關閉（shutdown或者shutdownNow方法）

可以通過調用線程池的shutdown或者shutdownNow方法來關閉線程池：周遊線程池中工作線程，逐個調用interrupt方法來中斷線程。
shutdown方法與shutdownNow的特點：

shutdown方法将線程池的狀态設定為SHUTDOWN狀态，隻會中斷空閑的工作線程。
shutdownNow方法将線程池的狀态設定為STOP狀态，會中斷所有工作線程，不管工作線程是否空閑。
調用兩者中任何一種方法，都會使isShutdown方法的傳回值為true；線程池中所有的任務都關閉後，isTerminated方法的傳回值為true。
通常使用shutdown方法關閉線程池，如果不要求任務一定要執行完，則可以調用shutdownNow方法。

# java線程池的調優以及監控

① 線程池的調優（線程池的合理配置）

先從以下幾個角度分析任務的特性：

任務的性質：CPU 密集型任務、IO 密集型任務和混合型任務。
任務的優先級：高、中、低。
任務的執行時間：長、中、短。
任務的依賴性：是否依賴其他系統資源，如資料庫連接配接。

任務性質不同的任務可以用不同規模的線程池分開處理。可以通過 Runtime.getRuntime().availableProcessors() 方法獲得目前裝置的 CPU 個數。

CPU 密集型任務配置盡可能小的線程，如配置 N c p u + 1 N_{cpu}+1Ncp**u+1 個線程的線程池。
IO 密集型任務則由于線程并不是一直在執行任務，則配置盡可能多的線程，如2 ∗ N c p u 2N_{cpu}2∗Ncp**u*。
混合型任務，如果可以拆分，則将其拆分成一個 CPU 密集型任務和一個 IO 密集型任務。隻要這兩個任務執行的時間相差不是太大，那麼分解後執行的吞吐率要高于串行執行的吞吐率；如果這兩個任務執行時間相差太大，則沒必要進行分解。

優先級不同的任務可以使用優先級隊列 PriorityBlockingQueue 來處理，它可以讓優先級高的任務先得到執行。但是，如果一直有高優先級的任務加入到阻塞隊列中，那麼低優先級的任務可能永遠不能執行。
執行時間不同的任務可以交給不同規模的線程池來處理，或者也可以使用優先級隊列，讓執行時間短的任務先執行。
依賴資料庫連接配接池的任務，因為線程送出 SQL 後需要等待資料庫傳回結果，線程數應該設定得較大，這樣才能更好的利用 CPU。
建議使用有界隊列，有界隊列能增加系統的穩定性和預警能力。可以根據需要設大一點，比如幾千。使用無界隊列，線程池的隊列就會越來越大，有可能會撐滿記憶體，導緻整個系統不可用。

② 線程池的監控

可以通過線程池提供的參數讀線程池進行監控，有以下屬性可以使用：

taskCount：線程池需要執行的任務數量，包括已經執行完的、未執行的和正在執行的。
completedTaskCount：線程池在運作過程中已完成的任務數量，completedTaskCount <= taskCount。
largestPoolSize：線程池曾經建立過的最大線程數量，通過這個資料可以知道線程池是否滿過。如等于線程池的最大大小，則表示線程池曾經滿了。
getPoolSize: 線程池的線程數量。如果線程池不銷毀的話，池裡的線程不會自動銷毀，是以線程池的線程數量隻增不減。
getActiveCount：擷取活動的線程數。

通過繼承線程池并重寫線程池的 beforeExecute，afterExecute 和 terminated 方法，我們可以在任務執行前，執行後和線程池關閉前幹一些事情。
如監控任務的平均執行時間，最大執行時間和最小執行時間等。這幾個方法線上程池裡是空方法，如：

protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) { }

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# Java線程池的常見問題

1. 講講Java的線程池

基礎講解：

以ThreadPoolExecutor為切入點，講解excute()方法中所展現的Java線程池運作流程。
工作線程Worker，它的循環工作特點
如何建立線程池：7個參數（重點在阻塞隊列和飽和政策）

進階：

線程池五個狀态的特點以及如何進行狀态之間的切換：running、shutdown、stop、tidying、terminated。
如何關閉線程：shutdown方法和shutdownNow方法的特點
線程池的調優（針對任務的不同特性 + 建議使用有界隊列）
線程池的監控參數以及可以重寫的方法。

兩種主要的線程池類型：普通的線程池ThreadPoolExecutor，支援延遲或周期性執行的任務的線程池ScheduledThreadPoolExcutor。
講解ThreadPoolExcutor中5個常用參數+2個不常用參數，包含的三種線程池：建立時的參數、運作的流程、各自适合的場景。
講解ScheduledThreadPoolExecutor的阻塞隊列的原理、如何更改任務的time。
提供了五種定義好的線程池，都可以通過Executors工具類去調用，比如Executors.newFixedThreadPool(12)

2. 具體的場景，如果corePoolSize為x，maximumPoolSize為y，阻塞隊列為z，第w個任務進來如何配置設定？

3. 線程池如何進行調優？

線程池的調優（針對任務的不同特性 + 建議使用有界隊列）

4. 線程池中的核心參數，超過核心size怎麼處理，隊列滿怎麼處理，拒絕政策有哪些？（比較具體）