我們一起深入多線程面試連環(huán)炮

作者： Captain 2021-12-14 07:40:07

線程的創(chuàng)建和銷毀是一個(gè)“重”操作，所以我們需要避免線程頻繁地創(chuàng)建與銷毀，因此我們需要緩存一批線程，讓它們時(shí)刻準(zhǔn)備著執(zhí)行任務(wù)

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1、什么是線程池

目標(biāo)已經(jīng)很清晰了，弄一個(gè)池子，里面存放約定數(shù)量的線程，這就是線程池，一種池化技術(shù)

如果線程數(shù)太少無法充分利用 CPU ，太多的話由于上下文切換的消耗又得不償失，所以我們需要評(píng)估系統(tǒng)所要承載的并發(fā)量和所執(zhí)行任務(wù)的特性，得出大致需要多少個(gè)線程數(shù)才能充分利用 CPU，因此需要控制線程數(shù)量

多線程技術(shù)主要解決處理器單元內(nèi)多個(gè)線程執(zhí)行的問題，它可以顯著減少處理器單元的閑置時(shí)間，增加處理器單元的吞吐能力

假設(shè)一個(gè)服務(wù)器完成一項(xiàng)任務(wù)所需時(shí)間為：T1 創(chuàng)建線程時(shí)間，T2 在線程中執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間，T3 銷毀線程時(shí)間

如果：T1 + T3 遠(yuǎn)大于 T2，則可以采用線程池，以提高服務(wù)器性能

線程池技術(shù)正是關(guān)注如何縮短或調(diào)整T1,T3時(shí)間的技術(shù)，從而提高服務(wù)器程序性能的。它把T1，T3分別安排在服務(wù)器程序的啟動(dòng)和結(jié)束的時(shí)間段或者一些空閑的時(shí)間段，這樣在服務(wù)器程序處理客戶請求時(shí)，不會(huì)有T1，T3的開銷了

線程池不僅調(diào)整T1,T3產(chǎn)生的時(shí)間段，而且它還顯著減少了創(chuàng)建線程的數(shù)目

2、線程池優(yōu)點(diǎn)，為什么要使用線程池

new Thread 缺點(diǎn)

每次new Thread新建對象性能差

線程缺乏統(tǒng)一管理，可能無限制新建線程，相互之間競爭，及可能占用過多系統(tǒng)資源導(dǎo)致死機(jī)或oom

缺乏更多功能，如定時(shí)執(zhí)行、定期執(zhí)行、線程中斷

為什么要用線程池

減少了創(chuàng)建和銷毀線程的次數(shù)，每個(gè)工作線程都可以被重復(fù)利用，可執(zhí)行多個(gè)任務(wù)。

可以根據(jù)系統(tǒng)的承受能力，調(diào)整線程池中工作線線程的數(shù)目，防止因?yàn)橄倪^多的內(nèi)存，而把服務(wù)器累趴下(每個(gè)線程需要大約1MB內(nèi)存，線程開的越多，消耗的內(nèi)存也就越大，最后死機(jī))。

ThreadPool優(yōu)點(diǎn)

減少了創(chuàng)建和銷毀線程的次數(shù)，每個(gè)工作線程都可以被重復(fù)利用，可執(zhí)行多個(gè)任務(wù)

可以根據(jù)系統(tǒng)的承受能力，調(diào)整線程池中工作線線程的數(shù)目，防止因?yàn)橐驗(yàn)橄倪^多的內(nèi)存，而把服務(wù)器累趴下(每個(gè)線程需要大約1MB內(nèi)存，線程開的越多，消耗的內(nèi)存也就越大，最后死機(jī))

減少在創(chuàng)建和銷毀線程上所花的時(shí)間以及系統(tǒng)資源的開銷

如不使用線程池，有可能造成系統(tǒng)創(chuàng)建大量線程而導(dǎo)致消耗完系統(tǒng)內(nèi)存

3、常用的線程池

第1種是：固定大小線程池，特點(diǎn)是線程數(shù)固定，使用無界隊(duì)列，適用于任務(wù)數(shù)量不均勻的場景、對內(nèi)存壓力不敏感，但系統(tǒng)負(fù)載比較敏感的場景

第2種是：Cached線程池，特點(diǎn)是不限制線程數(shù)，適用于要求低延遲的短期任務(wù)場景

第3種是：單線程線程池，也就是一個(gè)線程的固定線程池，適用于需要異步執(zhí)行但需要保證任務(wù)順序的場景

第4種是：Scheduled線程池，適用于定期執(zhí)行任務(wù)場景，支持按固定頻率定期執(zhí)行和按固定延時(shí)定期執(zhí)行兩種方式

第5種是：工作竊取線程池，使用的ForkJoinPool，是固定并行度的多任務(wù)隊(duì)列，適合任務(wù)執(zhí)行時(shí)長不均勻的場景

4、聽說過Executors嗎

Java里面線程池的頂級(jí)接口是Executor，但是嚴(yán)格意義上講Executor并不是一個(gè)線程池，而只是一個(gè)執(zhí)行線程的工具。真正的線程池接口是ExecutorService

Executors是一個(gè)工具類，類里面提供了一些靜態(tài)工廠，生成一些常用的線程池

Executors提供四種線程池

newCachedThreadPool創(chuàng)建一個(gè)可緩存線程池，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，則新建線程

newFixedThreadPool 創(chuàng)建一個(gè)定長線程池，可控制線程最大并發(fā)數(shù)，超出的線程會(huì)在隊(duì)列中等待

newScheduledThreadPool 創(chuàng)建一個(gè)定長線程池，支持定時(shí)及周期性任務(wù)執(zhí)行

newSingleThreadExecutor 創(chuàng)建一個(gè)單線程化的線程池，它只會(huì)用唯一的工作線程來執(zhí)行任務(wù)，保證所有任務(wù)按照指定順序(FIFO, LIFO, 優(yōu)先級(jí))執(zhí)行

一般都不用Executors提供的線程創(chuàng)建方式，使用ThreadPoolExecutor創(chuàng)建線程池

5、那你說說為什么阿里巴巴不建議使用Executors靜態(tài)工廠構(gòu)建線程池

在阿里巴巴Java開發(fā)手冊中提到，使用Executors創(chuàng)建線程池可能會(huì)導(dǎo)致OOM(OutOfMemory ,內(nèi)存溢出)，真正的導(dǎo)致OOM的其實(shí)是LinkedBlockingQueue.offer方法

底層是通過LinkedBlockingQueue實(shí)現(xiàn)的， LinkedBlockingQueue是一個(gè)用鏈表實(shí)現(xiàn)的有界阻塞隊(duì)列，容量可以選擇進(jìn)行設(shè)置，不設(shè)置的話，將是一個(gè)無邊界的阻塞隊(duì)列，最大長度為Integer.MAX_VALUE

問題就出在：不設(shè)置的話，將是一個(gè)無邊界的阻塞隊(duì)列，最大長度為Integer.MAX_VALUE。也就是說，如果我們不設(shè)置LinkedBlockingQueue的容量的話，其默認(rèn)容量將會(huì)是Integer.MAX_VALUE

對于一個(gè)無邊界隊(duì)列來說，是可以不斷的向隊(duì)列中加入任務(wù)的，這種情況下就有可能因?yàn)槿蝿?wù)過多而導(dǎo)致內(nèi)存溢出問題

避免使用Executors創(chuàng)建線程池，主要是避免使用其中的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，那么我們可以自己直接調(diào)用ThreadPoolExecutor的構(gòu)造函數(shù)來自己創(chuàng)建線程池。在創(chuàng)建的同時(shí)，給BlockQueue指定容量就可以了

6、線程池核心參數(shù)有哪些

第1個(gè)參數(shù)：設(shè)置核心線程數(shù)。默認(rèn)情況下核心線程會(huì)一直存活

第2個(gè)參數(shù)：設(shè)置最大線程數(shù)。決定線程池最多可以創(chuàng)建的多少線程

第3個(gè)參數(shù)和第4個(gè)參數(shù)：用來設(shè)置線程空閑時(shí)間，和空閑時(shí)間的單位，當(dāng)線程閑置超過空閑時(shí)間就會(huì)被銷毀。可以通過AllowCoreThreadTimeOut方法來允許核心線程被回收

第5個(gè)參數(shù)：設(shè)置緩沖隊(duì)列，圖中左下方的三個(gè)隊(duì)列是設(shè)置線程池時(shí)常使用的緩沖隊(duì)列

其中Array Blocking Queue是一個(gè)有界隊(duì)列，就是指隊(duì)列有最大容量限制。Linked Blocking Queue是無界隊(duì)列，就是隊(duì)列不限制容量。最后一個(gè)是Synchronous Queue，是一個(gè)同步隊(duì)列，內(nèi)部沒有緩沖區(qū)

第6個(gè)參數(shù)：設(shè)置線程池工廠方法，線程工廠用來創(chuàng)建新線程，可以用來對線程的一些屬性進(jìn)行定制，例如線程的Group、線程名、優(yōu)先級(jí)等。一般使用默認(rèn)工廠類即可

第7個(gè)參數(shù)：設(shè)置線程池滿時(shí)的拒絕策略

ThreadPoolExecutor默認(rèn)有四個(gè)拒絕策略：

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() 直接拋出異常RejectedExecutionException，這個(gè)是默認(rèn)的拒絕策略

ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() 直接在提交失敗時(shí)，由提交任務(wù)的線程直接執(zhí)行提交的任務(wù)

ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy() 直接丟棄后來的任務(wù)

ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy() 丟棄在隊(duì)列中最早提交的任務(wù)

7、線程池的工作原理

我們向線程提交任務(wù)時(shí)可以使用Execute和Submit，區(qū)別就是Submit可以返回一個(gè)Future對象，通過Future對象可以了解任務(wù)執(zhí)行情況，可以取消任務(wù)的執(zhí)行，還可獲取執(zhí)行結(jié)果或執(zhí)行異常。Submit最終也是通過Execute執(zhí)行的

線程池提交任務(wù)時(shí)的執(zhí)行順序如下：

向線程池提交任務(wù)時(shí)，會(huì)首先判斷線程池中的線程數(shù)是否大于設(shè)置的核心線程數(shù)，如果不大于，就創(chuàng)建一個(gè)核心線程來執(zhí)行任務(wù)

如果大于核心線程數(shù)，就會(huì)判斷緩沖隊(duì)列是否滿了，如果沒有滿，則放入隊(duì)列，等待線程空閑時(shí)執(zhí)行任務(wù)

如果隊(duì)列已經(jīng)滿了，則判斷是否達(dá)到了線程池設(shè)置的最大線程數(shù)，如果沒有達(dá)到，就創(chuàng)建新線程來執(zhí)行任務(wù)

如果已經(jīng)達(dá)到了最大線程數(shù)，則執(zhí)行指定的拒絕策略。這里需要注意隊(duì)列的判斷與最大線程數(shù)判斷的順序，不要搞反

如果你提交任務(wù)時(shí)，線程池隊(duì)列已滿，這時(shí)會(huì)發(fā)生什么?

如果你使用的LinkedBlockingQueue，也就是無界隊(duì)列的話，沒關(guān)系，繼續(xù)添加任務(wù)到阻塞隊(duì)列中等待執(zhí)行，因?yàn)長inkedBlockingQueue可以近乎認(rèn)為是一個(gè)無窮大的隊(duì)列，可以無限存放任務(wù)

如果你使用的是有界隊(duì)列比方說ArrayBlockingQueue的話，任務(wù)首先會(huì)被添加到ArrayBlockingQueue中，ArrayBlockingQueue滿了，則會(huì)使用拒絕策略RejectedExecutionHandler處理滿了的任務(wù)，默認(rèn)是AbortPolicy

8、高并發(fā)、任務(wù)執(zhí)行時(shí)間短的業(yè)務(wù)怎樣使用線程池?并發(fā)不高、任務(wù)執(zhí)行時(shí)間長的業(yè)務(wù)怎樣使用線程池?并發(fā)高、業(yè)務(wù)執(zhí)行時(shí)間長的業(yè)務(wù)怎樣使用線程池?

高并發(fā)、任務(wù)執(zhí)行時(shí)間短的業(yè)務(wù)，線程池線程數(shù)可以設(shè)置為CPU核數(shù)+1，減少線程上下文的切換

并發(fā)不高、任務(wù)執(zhí)行時(shí)間長的業(yè)務(wù)要分情況來討論

假如是業(yè)務(wù)時(shí)間長集中在IO操作上，也就是IO密集型的任務(wù)，因?yàn)镮O操作并不占用CPU，所以不要讓所有的CPU閑下來，可以加大線程池中的線程數(shù)目，讓CPU處理更多的業(yè)務(wù)

假如是業(yè)務(wù)時(shí)間長集中在計(jì)算操作上，也就是計(jì)算密集型任務(wù)，這個(gè)就沒辦法了，線程數(shù)設(shè)置為CPU核數(shù)+1，線程池中的線程數(shù)設(shè)置得少一些，減少線程上下文的切換

并發(fā)高、業(yè)務(wù)執(zhí)行時(shí)間長，解決這種類型任務(wù)的關(guān)鍵不在于線程池而在于整體架構(gòu)的設(shè)計(jì)，看看這些業(yè)務(wù)里面某些數(shù)據(jù)是否能做緩存是第一步，增加服務(wù)器是第二步，至于線程池的設(shè)置，參考上面的設(shè)置即可

最后，業(yè)務(wù)執(zhí)行時(shí)間長的問題，也可能需要分析一下，看看能不能使用中間件對任務(wù)進(jìn)行拆分和解耦

9、聽說過ThreadLocal嗎

看我的這一篇介紹

10、簡單介紹下阻塞隊(duì)列吧

阻塞隊(duì)列是一個(gè)在隊(duì)列基礎(chǔ)上又支持了兩個(gè)附加操作的隊(duì)列

支持阻塞的插入方法：隊(duì)列滿時(shí)，隊(duì)列會(huì)阻塞插入元素的線程，直到隊(duì)列不滿。支持阻塞的移除方法：隊(duì)列空時(shí)，獲取元素的線程會(huì)等待隊(duì)列變?yōu)榉强?/p>

阻塞隊(duì)列的應(yīng)用場景

阻塞隊(duì)列常用于生產(chǎn)者和消費(fèi)者的場景，生產(chǎn)者是向隊(duì)列里添加元素的線程，消費(fèi)者是從隊(duì)列里取元素的線程。簡而言之，阻塞隊(duì)列是生產(chǎn)者用來存放元素、消費(fèi)者獲取元素的容器

1、ArrayBlockingQueue 數(shù)組結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊(duì)列

此隊(duì)列按照先進(jìn)先出(FIFO)的原則對元素進(jìn)行排序，但是默認(rèn)情況下不保證線程公平的訪問隊(duì)列，即如果隊(duì)列滿了，那么被阻塞在外面的線程對隊(duì)列訪問的順序是不能保證線程公平(即先阻塞，先插入)的。

2、LinkedBlockingQueue一個(gè)由鏈表結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊(duì)列，此隊(duì)列按照先出先進(jìn)的原則對元素進(jìn)行排序

3、PriorityBlockingQueue支持優(yōu)先級(jí)的無界阻塞隊(duì)列

4、DelayQueue支持延時(shí)獲取元素的無界阻塞隊(duì)列，即可以指定多久才能從隊(duì)列中獲取當(dāng)前元素

5、SynchronousQueue不存儲(chǔ)元素的阻塞隊(duì)列，每一個(gè)put必須等待一個(gè)take操作，否則不能繼續(xù)添加元素。并且支持公平訪問隊(duì)列。

6、LinkedTransferQueue由鏈表結(jié)構(gòu)組成的無界阻塞TransferQueue隊(duì)列。相對于其他阻塞隊(duì)列，多了tryTransfer和transfer方法

transfer方法

如果當(dāng)前有消費(fèi)者正在等待接收元素(take或者待時(shí)間限制的poll方法)，transfer可以把生產(chǎn)者傳入的元素立刻傳給消費(fèi)者。如果沒有消費(fèi)者等待接收元素，則將元素放在隊(duì)列的tail節(jié)點(diǎn)，并等到該元素被消費(fèi)者消費(fèi)了才返回

tryTransfer方法

用來試探生產(chǎn)者傳入的元素能否直接傳給消費(fèi)者。，如果沒有消費(fèi)者在等待，則返回false。和上述方法的區(qū)別是該方法無論消費(fèi)者是否接收，方法立即返回。而transfer方法是必須等到消費(fèi)者消費(fèi)了才返回