每日三道面试题，通往自由的道路12——线程池

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邮箱用户_pb5l1 LV1 2021年7月19日 23:27 编辑

茫茫人海千千万万，感谢这一秒你看到这里。希望我的面试题系列能对你的有所帮助！共勉！
愿你在未来的日子，保持热爱，奔赴山海！

每日三道面试题，成就更好自我

昨天既然聊到线程池中的实现方式，有些比较重要的我还没问到。

1. 你知道ThreadPoolExecutor的构造方法和参数吗

我们先来看看它的构造方法有哪些：

// 五个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue) {...}

// 六个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory) {...}

// 六个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          RejectedExecutionHandler handler) {...}

// 七个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {...}

我们再来详解下构造方法中涉及的7个参数，其中最重要5个参数就是第一个构造方法中的。

int corePoolSize：该线程池中核心线程数量
核心线程：线程池中有两类线程，核心线程和非核心线程。核心线程默认情况下会一直存在于线程池中，即使这个核心线程什么都不干，而非核心线程（临时工）如果长时间的闲置，就会被销毁。但是如果将
allowCoreThreadTimeOut设置为true时，核心线程也是会被超时回收。
int maximumPoolSize：该线程池中允许存在的工作线程的最大数量。
该值相当于核心线程数量 + 非核心线程数量。
long keepAliveTime：非核心线程闲置超时时长。
非核心线程如果处于闲置状态超过该值，就会被销毁。如果设置allowCoreThreadTimeOut(true)，则会也作用于核心线程。

TimeUnit unit：keepAliveTime的时间单位。

TimeUnit是一个枚举类型，包括以下属性：

NANOSECONDS ： 1微毫秒 
MICROSECONDS ： 1微秒
MILLISECONDS ： 1毫秒
SECONDS ： 秒 
MINUTES ： 分
HOURS ： 小时
DAYS ： 天

BlockingQueue workQueue：阻塞队列，维护着等待执行的Runnable任务对象。
当新任务来的时候，会先判断当前运行线程数量是否达到了核心线程数，如果达到了，就会被存放在阻塞队列中排队等待执行。
常用的几个阻塞队列：
1. ArrayBlockingQueue
  数组阻塞队列，底层数据结构是数组，需要指定队列的大小。
2. SynchronousQueue
  同步队列，内部容量为0，每个put操作必须等待一个take操作，反之亦然。
3. DelayQueue
  延迟队列，该队列中的元素只有当其指定的延迟时间到了，才能够从队列中获取到该元素。
4. LinkedBlockingQueue
  链式阻塞队列，底层数据结构是链表，默认大小是Integer.MAX_VALUE，也可以指定大小。

还有两个非必须的参数：

ThreadFactory threadFactory
创建线程的工厂，用于批量创建线程，统一在创建线程时设置一些参数，如是否守护线程、线程的优先级等。如果不指定，会新建一个默认的线程工厂。
RejectedExecutionHandler handler
拒绝处理策略，在线程数量大于最大线程数后就会采用拒绝处理策略，四种拒绝处理的策略为：
1. ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：默认拒绝处理策略，丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
2. ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：丢弃新来的任务，但是不抛出异常。
3. ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列头部（最旧的）的任务，然后重新尝试执行程序（如果再次失败，重复此过程）。
4. ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务。

不错呀！线程池的参数也有深入了解，那咱们继续

2. 你可以说下线程池的执行过程原理吗

昨天MyGirl跟我讲了一下她去银行办理业务的一个场景：

首先MyGirl（任务A）先去银行（线程池）办理业务，她发现她来早了，现在银行才刚开门，柜台窗口服务员还没过来（相当于线程池中的初始线程为0），此时银行经理看到MyGirl来了，就安排她去一号柜台窗口并安排了1号正式工作人员来接待她。
在MyGirl的业务还没办完时，一个不知名的路人甲（任务B）出现了，他也是要来银行办业务，于是银行经理安排他去二号柜台并安排了2号正式工作人员。假设该银行的柜台窗口就只有两个（核心线程数量2）。
紧接着，在所有人业务都还没做完的情况，持续来个三个不知名的路人乙丙丁，他们也是要来办业务的，但是由于柜台满了，安排了他们去旁边的银行大厅的座位上（阻塞队列，这里假设大小为3）等候并给了对应顺序的号码，说等前面两个人办理完后，按顺序叫号你们呦，请注意听。
过一会，一个路人戊也想来银行办理业务，而经理看到柜台满了，座位满了，只能安排了一个临时工（非核心线程，这里假设最大线程为3，即非核心为1）手持pad设备并给路人戊去办理业务。
而此时，一个路人戌过来办理业务，而经理看到柜台满了，座位满了，临时工也安排满了（最大线程数+阻塞队列都满了），无奈经理只能掏出一本《如何接待超出最大限度的手册》，选择拒接接待路人戌通知他，过会再来吧您嘞，这里已经超负荷啦！
最后，相继所有人的业务都办完了，现在也没人再来办业务，并且临时工的空闲时间也超过了1小时以上了（最大空闲时间默认60秒），经理让临时工都先下班回家了（销毁线程）。
但是一个银行要保证正常的运行，只能让正式员工继续上班，不得提早下班。

而实际上线程的流程原理跟这个一样，我们来看下处理任务的核心方法execute，它的源码大概是什么样子的呢，当然我们也可以看源码中的注释，里面也写的很清楚。这里具体讲下思路。

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();  
    // 1. 获取ctl，ctl是记录着线程池状态和线程数。
    int c = ctl.get();
    // 2. 判断当前线程数小于corePoolSize核心线程,则调用addWorker创建核心线程执行任务
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
       if (addWorker(command, true))
           return;
       // 创建线程失败，需要重新获取clt的状态和线程数。
       c = ctl.get();
    }
    // 3. 如果不小于corePoolSize，进入下面的方法。
    // 判断线程池是否运行状态并且运行线程数大于corePoolSize，将任务添加到workQueue队列。
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();
        // 3.1 再次检查线程池是否运行状态。
        // 如果isRunning返回false(状态检查)，则remove这个任务，然后执行拒绝策略。
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
            // 3.2 线程池处于running状态，但是没有线程，则创建线程加入到线程池中
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    // 4. 如果放入workQueue失败，则创建非核心线程执行任务，
    // 如果这时创建非核心线程失败(当前线程总数不小于maximumPoolSize时)，就会执行拒绝策略。
    else if (!addWorker(command, false))
         reject(command);
}

我们可以大概看下思路图：

先解释下ctl

变量ctl定义为AtomicInteger，记录了“线程池中的任务数量”和“线程池的状态”两个信息。以高三位记录着线程池的状态和低29位记录线程池中的任务数量。

RUNNING : 111
SHUTDOWN : 000
STOP : 001
TIDYING : 010
TERMINATED : 011

最后总结一下执行过程：

任务到达时，会先判断核心线程是否满了，不满则调用addWorker方法创建核心线程执行任务。
然后会判断下线程池中的线程数 < 核心线程，无论线程是否空闲，都会新建一个核心线程执行任务（让核心线程数量快速达到核心线程总数）。此步骤会开启锁mainLock.lock();。
而在线程池中的线程数 >= 核心线程时，新来的线程任务会进入任务阻塞队列中等待，然后空闲的核心线程会依次去阻塞队列中取任务来执行。
当阻塞队列满了，说明这个时候任务很多了，此时就需要一些非核心线程临时工来执行这些任务了。于是会创建非核心线程去执行这个任务。
最后当阻塞队列满了，且总线程数达到了maximumPoolSize，则会采取拒绝策略进行处理。
当非核心线程取任务的时间达到keepAliveTime还没有取到任务即空闲时间，就会回收非核心线程。

不错，这个执行过程原理都有深入了解过，最后问你一道：

3. 能否写一个简单线程池的demo？

你这怕不是魔鬼吧，写一个线程池。不过简单的线程池还是可以写写滴！当然通过上面参数，执行过程的学习，写出来一个还是比较So Easy的。只是如果真的到面试了，真的让你手敲，可能就忘了，还是得多敲。

这里还是直接用简单的ThreadPoolExecutor创建吧，等后续写线程池相关文章，再详细写自己创建的线程池吧。

我们先创建一个任务类Task：

/**
 * 自定义任务类
 */
public class Task implements Runnable{

    private int id;

    public Task(int id) {
        this.id = id;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "即将执行的任务是" + id + "任务");
        try {
            Thread.sleep(300);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行完成的任务是" + id + "任务");
    }
}

测试代码：

public class ThreadPoolExecutorDemo {

    private static final int CORE_POOL_SIZE = 3;
    private static final int MAX_POOL_SIZE = 5;
    private static final int QUEUE_CAPACITY = 10;
    private static final Long KEEP_ALIVE_TIME = 1l;


    public static void main(String[] args) {
        //通过ThreadPoolExecutor构造函数自定义参数创建
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
                CORE_POOL_SIZE,
                MAX_POOL_SIZE,
                KEEP_ALIVE_TIME,
                TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(QUEUE_CAPACITY),
                new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Task task = new Task( i);
            //执行Runnable
            executor.execute(task);
        }
        //终止线程池
        executor.shutdown();
        while (!executor.isTerminated()) {
        }
        System.out.println("线程已经全部执行完");
    }
}

得到的结果：

pool-1-thread-1即将执行的任务是0任务
pool-1-thread-3即将执行的任务是2任务
pool-1-thread-2即将执行的任务是1任务
pool-1-thread-1执行完成的任务是0任务
pool-1-thread-3执行完成的任务是2任务
pool-1-thread-1即将执行的任务是3任务
pool-1-thread-3即将执行的任务是4任务
pool-1-thread-2执行完成的任务是1任务
pool-1-thread-2即将执行的任务是5任务
pool-1-thread-3执行完成的任务是4任务
pool-1-thread-1执行完成的任务是3任务
pool-1-thread-3即将执行的任务是6任务
pool-1-thread-1即将执行的任务是7任务
pool-1-thread-2执行完成的任务是5任务
pool-1-thread-2即将执行的任务是8任务
pool-1-thread-3执行完成的任务是6任务
pool-1-thread-1执行完成的任务是7任务
pool-1-thread-3即将执行的任务是9任务
pool-1-thread-2执行完成的任务是8任务
pool-1-thread-3执行完成的任务是9任务
线程已经全部执行完

当然此版写的稍微简单，但是如果真的忘记，也可以这么写。如果后续想看更多东西，可以关注我呀，我会持续更新内容！

小伙子不错嘛！今天就到这里，期待你明天的到来，希望能让我继续保持惊喜！

参考资料：线程池原理

注: 如果文章有任何错误和建议，请各位大佬尽情留言！如果这篇文章对你也有所帮助，希望可爱亲切的您给个三连关注下，非常感谢啦！