Java面試——線程池

1、類比介紹

　　假如有一個工廠，工廠里面有10個工人，每個工人同時只能做一件任務。

　　因此只要當10個工人中有工人是空閑的，來了任務就分配給空閑的工人做；

　　當10個工人都有任務在做時，如果還來了任務，就把任務進行排隊等待；

　　如果說新任務數目增長的速度遠遠大于工人做任務的速度，那么此時工廠主管可能會想補救措施，比如重新招4個臨時工人進來；

　　然后就將任務也分配給這4個臨時工人做；

　　如果說著14個工人做任務的速度還是不夠，此時工廠主管可能就要考慮不再接收新的任務或者拋棄前面的一些任務了。

　　當這14個工人當中有人空閑時，而新任務增長的速度又比較緩慢，工廠主管可能就考慮辭掉4個臨時工了，只保持原來的10個工人，畢竟請額外的工人是要花錢的。

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　　這個例子中的corePoolSize就是10，而maximumPoolSize就是14（10+4）。

　　也就是說corePoolSize就是線程池大小，maximumPoolSize在我看來是線程池的一種補救措施，即任務量突然過大時的一種補救措施。

2、源碼分析

在ThreadPoolExecutor類中，最核心的任務提交方法是execute()方法，雖然通過submit也可以提交任務，但是實際上submit方法里面最終調用的還是execute()方法，所以我們只需要研究execute()方法的實現原理即可：

public void execute(Runnable command) {if (command == null)throw new NullPointerException();if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {if (runState != RUNNING || poolSize == 0)ensureQueuedTaskHandled(command);}else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))reject(command); // is shutdown or saturated
    }
}

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在addThread方法中，首先用提交的任務創建了一個Worker對象，然后調用線程工廠threadFactory創建了一個新的線程t，然后將線程t的引用賦值給了Worker對象的成員變量thread，接著通過workers.add(w)將Worker對象添加到工作集當中。

private Thread addThread(Runnable firstTask) {Worker w = new Worker(firstTask);Thread t = threadFactory.newThread(w);  //創建一個線程，執行任務   if (t != null) {w.thread = t;            //將創建的線程的引用賦值為w的成員變量       
        workers.add(w);int nt = ++poolSize;     //當前線程數加1       if (nt > largestPoolSize)largestPoolSize = nt;}return t;
}

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下面總結一下：

　　1）首先，要清楚corePoolSize和maximumPoolSize的含義；

　　2）其次，要知道Worker是用來起到什么作用的；

　　3）要知道任務提交給線程池之后的處理策略，這里總結一下主要有4點：

• 如果當前線程池中的線程數目小于corePoolSize，則每來一個任務，就會創建一個線程去執行這個任務；
• 如果當前線程池中的線程數目>=corePoolSize，則每來一個任務，會嘗試將其添加到任務緩存隊列當中，若添加成功，則該任務會等待空閑線程將其取出去執行；若添加失敗（一般來說是任務緩存隊列已滿），則會嘗試創建新的線程去執行這個任務；
• 如果當前線程池中的線程數目達到maximumPoolSize，則會采取任務拒絕策略進行處理；
• 如果線程池中的線程數量大于 corePoolSize時，如果某線程空閑時間超過keepAliveTime，線程將被終止，直至線程池中的線程數目不大于corePoolSize；如果允許為核心池中的線程設置存活時間，那么核心池中的線程空閑時間超過keepAliveTime，線程也會被終止。

3.線程池中的線程初始化

　　默認情況下，創建線程池之后，線程池中是沒有線程的，需要提交任務之后才會創建線程。

　　在實際中如果需要線程池創建之后立即創建線程，可以通過以下兩個方法辦到：

• prestartCoreThread()：初始化一個核心線程；
• prestartAllCoreThreads()：初始化所有核心線程

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4.任務緩存隊列及排隊策略

　　在前面我們多次提到了任務緩存隊列，即workQueue，它用來存放等待執行的任務。

　　workQueue的類型為BlockingQueue<Runnable>，通常可以取下面三種類型：

　　1）ArrayBlockingQueue：基于數組的先進先出隊列，此隊列創建時必須指定大小；

　　2）LinkedBlockingQueue：基于鏈表的先進先出隊列，如果創建時沒有指定此隊列大小，則默認為Integer.MAX_VALUE；

　　3）synchronousQueue：這個隊列比較特殊，它不會保存提交的任務，而是將直接新建一個線程來執行新來的任務。

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5.任務拒絕策略

當線程池的任務緩存隊列已滿并且線程池中的線程數目達到maximumPoolSize，如果還有任務到來就會采取任務拒絕策略，通常有以下四種策略：

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丟棄任務并拋出RejectedExecutionException異常。
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丟棄任務，但是不拋出異常。
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丟棄隊列最前面的任務，然后重新嘗試執行任務（重復此過程）
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由調用線程處理該任務 

6.線程池的關閉

　　ThreadPoolExecutor提供了兩個方法，用于線程池的關閉，分別是shutdown()和shutdownNow()，其中：

• shutdown()：不會立即終止線程池，而是要等所有任務緩存隊列中的任務都執行完后才終止，但再也不會接受新的任務
• shutdownNow()：立即終止線程池，并嘗試打斷正在執行的任務，并且清空任務緩存隊列，返回尚未執行的任務

7.線程池容量的動態調整

　　ThreadPoolExecutor提供了動態調整線程池容量大小的方法：setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize()，

• setCorePoolSize：設置核心池大小
• setMaximumPoolSize：設置線程池最大能創建的線程數目大小

　　當上述參數從小變大時，ThreadPoolExecutor進行線程賦值，還可能立即創建新的線程來執行任務。

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