想要進(jìn)階自己的開發(fā)水平蜕便，JDK源碼中一些優(yōu)秀的設(shè)計必須要經(jīng)常學(xué)習(xí)劫恒，哪怕不學(xué)習(xí)，應(yīng)對面試的時候轿腺，還是要能夠應(yīng)對幾招两嘴，代表自己對這些東西還是有所了解。

而線程池的源碼族壳，這塊更是面試中經(jīng)常被問到的東西憔辫，先試著列幾個問題，看看自己對線程池的掌握程度：

1. 創(chuàng)建線程池的參數(shù)有哪些螺垢，分別代表什么意思？

2. 為什么阿里要求不能直接使用Executors工具類創(chuàng)建線程池孽亲？

3. 線程池線程的數(shù)量如何配置栖茉？

4. 一般線程池提交任務(wù)，執(zhí)行任務(wù)的過程吼虎？

5. 線程池中ctl屬性的作用是什么？

6. 線程池的狀態(tài)有哪些歹颓？在什么時候下會出現(xiàn)？

7. 一般線程池中有哪些未實現(xiàn)的空方法隔节，可以用做線程池的擴(kuò)展？

8. 線程池中每一個具體的worker線程什么時候開始執(zhí)行？執(zhí)行的過程是什么强胰？

9. 核心線程與非核心線程在線程池中是怎么區(qū)分的距糖？

10. 線程池中的那個方法可以提前創(chuàng)建核心線程恩脂？

11. 什么情況下worker線程會退出典阵？

12. 核心線程會不會退出歹啼？

13. 由于程序異常導(dǎo)致的退出和線程池內(nèi)部機(jī)制導(dǎo)致的退出有什么區(qū)別？

14. 線程池shutdown與shutdownNow有什么區(qū)別屡限？

image.png

對上面問題都已經(jīng)了如指掌的大佬炕倘，聯(lián)系我，讓我表達(dá)對你的膜拜... 以上問題相對來說并不是很難罩旋，只要有認(rèn)真看線程池源碼，都可以找到答案瓜饥。然后以后有人再問你線程池相關(guān)問題時东帅，就可以拿出來說自己對線程池的理解，來聊聊把...

郵箱：aihe.ah@alibaba-inc.com
微信：aihehe5211

常見問題

使用線程池有哪些好處帐我？

首先在開發(fā)的過程中愧膀，為什么需要線程池呢？給我們帶來了那些好處

• 提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度
• 如果每次多線程操作都創(chuàng)建一個線程檩淋，會浪費時間和消耗系統(tǒng)資源，而線程池可以減少這些操作
• 可以對多個線程進(jìn)行統(tǒng)一管理媚朦，統(tǒng)一調(diào)度氧敢，提高線程池的可管理性

創(chuàng)建線程池的參數(shù)有哪些？

線程池是怎么創(chuàng)建的呢询张？一個是使用Executors，另外就是手動創(chuàng)建線程池份氧，要了解其每個參數(shù)的含義。Executors創(chuàng)建線程池的話恋拷，要不就是對線程的數(shù)量沒有控制厅缺，如CachedThreadPool，要不就是是無界隊列阎抒，如FixedThreadPool消痛。對線程池數(shù)量和隊列大小沒有限制的話都哭，容易導(dǎo)致OOM異常。所以我們要自己手動創(chuàng)建線程池：

• corePoolSize：核心線程數(shù)量纱新，默認(rèn)情況下每提交一個任務(wù)就會創(chuàng)建一個核心線程穆趴，直到核心線程的數(shù)量等于corePoolSize就不再創(chuàng)建未妹。線程池提供了兩個方法可以提前創(chuàng)建核心線程，prestartAllCoreThreads()提前創(chuàng)建所有的核心線程络它，prestartCoreThread化戳，提前創(chuàng)建一個核心線程
• maximumPoolSize：線程池允許創(chuàng)建的最大線程數(shù)。只有當(dāng)線程池隊列滿的時候才會創(chuàng)建
• keepAliveTime：線程池空閑狀態(tài)可以等待的時間扫尖，默認(rèn)對非核心線程生效，但是設(shè)置allowCoreThreadTimeOut的話對核心線程也生效
• unit: 被徊溃活時間的單位狰域，創(chuàng)建線程池的時候，keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime)
• workQueue: 任務(wù)隊列兆览，用于保持或等待執(zhí)行的任務(wù)阻塞隊列抬探。BlockingQueue的實現(xiàn)類即可，有無界隊列和有界隊列
  • ArrayBlockingQueue: 基于數(shù)組結(jié)構(gòu)的有界隊列线梗，此隊列按FIFO原則對元素進(jìn)行排序
  • LinkedBlockingQueue: 基于鏈表的阻塞隊列怠益，F(xiàn)IFO原則，吞吐量通常高于ArrayBlockingQueue.
  • SynchronousQueue: 不存儲元素的阻塞隊列亚茬。每個插入必須要等到另一個線程調(diào)用移除操作抢呆。
  • PriorityBlockingQueue: 具有優(yōu)先級的無阻塞隊列
• threadFactory： 用于設(shè)置創(chuàng)建線程的工廠抱虐。
• handler：拒絕策略，當(dāng)隊列線程池都滿了恳邀，必須采用一種策略來處理還要提交的任務(wù)谣沸。在實際應(yīng)用中，我們可以將信息記錄到日志鳄抒，來分析系統(tǒng)的負(fù)載和任務(wù)丟失情況JDK中提供了4中策略：
  • AbortPolicy: 直接拋出異常
  • CallerRunsPolicy: 只用調(diào)用者所在的線程來運行任務(wù)
  • DiscardOldestPolicy： 丟棄隊列中最老的一個人任務(wù)，并執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)瓤鼻。
  • DiscardPolicy: 直接丟棄新進(jìn)來的任務(wù)

線程池提交任務(wù)的過程茬祷？

可以使用兩個方法執(zhí)行任務(wù)：

• execute() 提交不需要返回值的任務(wù)，無法判斷是否執(zhí)行成功祭犯，具體步驟上面我們有分析
• submit() 提交有返回值的任務(wù)沃粗，該方法返回一個future的對象，通過future對象可以判斷任務(wù)是否執(zhí)行成功突雪。future的get方法會阻塞當(dāng)前線程直到任務(wù)完成涡贱。
  • submit內(nèi)部使用RunnableFuture對任務(wù)進(jìn)行封裝

整體分為三個步驟：

1. 判斷當(dāng)前線程數(shù)是否小于corePoolSize，如果小于督函，則新建核心線程激挪，不管核心線程是否處于空閑狀態(tài)
2. 核心線程創(chuàng)建滿之后，后續(xù)的任務(wù)添加到workQueue中
3. 如果workQueue滿了，則開始創(chuàng)建非核心線程直到線程的總數(shù)為maximumPoolSize
4. 當(dāng)非核心線程數(shù)也滿了锋喜，隊列也滿了的時候豌鸡，執(zhí)行拒絕策略

中間會有一些對當(dāng)前線程池的檢查操作。

image-20200212084315747.png

線程池數(shù)量如何配置炉奴？

• 任務(wù)性質(zhì)：CPU密集蛇更，IO密集赛糟，和混合密集
• 任務(wù)執(zhí)行時間：長璧南，中师逸，低
• 任務(wù)優(yōu)先級：高，中动知，低
• 任務(wù)的依賴性：是否依賴其它資源员辩，如數(shù)據(jù)庫連接

在代碼中可以通過：Runtime.getRuntime().availableProcessors();獲取CPU數(shù)量。線程數(shù)計算公式：

N = CPU數(shù)量
U = 目標(biāo)CPU使用率拆讯，  0 <= U <= 1
W/C = 等待(wait)時間與計算(compute)時間的比率

線程池數(shù)量 =  N * U * (1 + W/C)

不過最簡單的線程數(shù)指定方式养叛，不需要公式的話：

• CPU密集型，創(chuàng)建線程數(shù)為CPU核數(shù) + 1
• IO密集型爽室，線程數(shù)最好為CPU核數(shù) * n淆攻，耗時越久，分配線程數(shù)多一些

線程池的狀態(tài)有哪些啸箫？

線程池的狀態(tài)主要通過ctl屬性來控制伞芹，通過ctl可以計算出：

• 當(dāng)前線程池狀態(tài)
• 當(dāng)前線程的數(shù)量

計算規(guī)則主要是利用了按位操作：

11100000000000000000000000000000   RUNNING
00000000000000000000000000000000   SHUTDOWN
00100000000000000000000000000000   STOP
01000000000000000000000000000000   TYDYING
01100000000000000000000000000000   TERMINATED


11100000000000000000000000000000   ctl初始值
11100000000000000000000000000000  ~CAPACITY  
private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }

11100000000000000000000000000000   ctl初始值
00011111111111111111111111111111  CAPACITY
private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }
    
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }  

• RUNNING：運行狀態(tài)唱较，接受新任務(wù)，持續(xù)處理任務(wù)隊列里的任務(wù)胸遇。
• SHUTDOWN：調(diào)用shutdown()方法會進(jìn)入此狀態(tài)汉形，不再接受新任務(wù)倍阐，但要處理任務(wù)隊列里的任務(wù)
• STOP：調(diào)用shutdownNow()方法收捣，不再接受新任務(wù)庵楷，不再處理任務(wù)隊列里的任務(wù)，中斷正在進(jìn)行中的任務(wù)
• TIDYING：表示線程池正在停止運作咐蚯，中止所有任務(wù)弄贿，銷毀所有工作線程。
• TERMINATED：表示線程池已停止運作期奔，所有工作線程已被銷毀危尿，所有任務(wù)已被清空或執(zhí)行完畢

    private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
    private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
    private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;

    // runState is stored in the high-order bits
    private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
    private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
    private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
    private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
    private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

關(guān)于TIDYING和TERMINATED主要有一塊代碼區(qū)谊娇，可以看出來TIDYING狀態(tài)緊接著就是TERMINATED。

                        if (ctl.compareAndSet(c, ctlOf(TIDYING, 0))) {
                    try {
                            // 默認(rèn)是空方法
                        terminated();
                    } finally {
                        ctl.set(ctlOf(TERMINATED, 0));
                        termination.signalAll();
                    }
                    return;
                }

線程池提供的擴(kuò)展方法有哪些赠堵？

默認(rèn)有三個擴(kuò)展方法法褥，可以用來做一些線程池運行狀態(tài)統(tǒng)計，監(jiān)控：

 protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) { }  // task.run方法之前執(zhí)行
 protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) { }  // task執(zhí)行完之后揍愁，不管有沒有異常都會執(zhí)行
 protected void terminated() { }  

默認(rèn)線程池也提供了幾個相關(guān)的可監(jiān)控屬性：

• taskCount: 線程池需要執(zhí)行的任務(wù)數(shù)量
• completedTaskCount: 已經(jīng)完成的任務(wù)數(shù)量
• largestPoolSize: 線程池中曾經(jīng)創(chuàng)建的最大的線程數(shù)量
• getPoolSize: 線程池的線程數(shù)量
• getActiveCount: 活動的線程數(shù)

線程池中的Worker線程執(zhí)行的過程酱鸭？

Worker類實現(xiàn)了Runnable方法垛吗，在成功創(chuàng)建Worker線程后就會調(diào)用其start方法。

w = new Worker(firstTask);
final Thread t = w.thread;   //理解為 w.thread = new Thread(w)
if (workerAdded) {
    t.start();
    workerStarted = true;
}


Worker(Runnable firstTask) {
    setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
    this.firstTask = firstTask;
    this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
}

Worker線程運行時執(zhí)行runWorker方法蔚舀，里面主要事情：

• 如果構(gòu)造Worker的時候，指定了firstTask狼牺，那么首先執(zhí)行firstTask礼患，否則從隊列中獲取任務(wù)
• Worker線程會循環(huán)的getTask()，然后去執(zhí)行任務(wù)
• 如果getTask()為空悄泥，那么worker線程就會退出
• 在任務(wù)執(zhí)行前后肤粱，可以自定義擴(kuò)展beforeExecute與afterExecute方法
• 如果檢測到線程池為STOP狀態(tài)，并且線程還沒有被中斷過的話鸥鹉，進(jìn)行中斷處理

簡單來說就是不斷的從任務(wù)隊列中取任務(wù)庶骄，如果取不到瓢姻，那么就退出當(dāng)前的線程，取到任務(wù)就執(zhí)行任務(wù)幻碱。

    final void runWorker(Worker w) {
        Thread wt = Thread.currentThread();
        
        Runnable task = w.firstTask;
        w.firstTask = null;
        w.unlock(); // allow interrupts
        // 代表著Worker是否因為用戶的程序有問題導(dǎo)致的死亡
        boolean completedAbruptly = true;
        try {
            while (task != null || (task = getTask()) != null) {
                w.lock();
                // If pool is stopping, ensure thread is interrupted;
                // if not, ensure thread is not interrupted.  This
                // requires a recheck in second case to deal with
                // shutdownNow race while clearing interrupt
                if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                     (Thread.interrupted() &&
                      runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                    !wt.isInterrupted())
                    wt.interrupt();
                try {
                    beforeExecute(wt, task);
                    Throwable thrown = null;
                    try {
                        task.run();
                    } catch (Exception x) {
                                                  //... 不同的異常處理
                    } finally {
                        afterExecute(task, thrown);
                    }
                } finally {
                    task = null;
                    w.completedTasks++;
                    w.unlock();
                }
            }
            completedAbruptly = false;
        } finally {
            processWorkerExit(w, completedAbruptly);
        }
    }

線程池如何區(qū)分核心線程與非核心線程儡嘶？

實際上內(nèi)部在創(chuàng)建線程時恍风，并沒有給線程做標(biāo)記，因此無法區(qū)分核心線程與非核心線程凯楔。可以看出addWorker()方法摆屯。

但是為什么可以保持核心線程一直不被銷毀呢糠亩？

其內(nèi)部主要根據(jù)當(dāng)前線程的數(shù)量來處理准验。也可以理解為廷没，只要當(dāng)前的worker線程數(shù)小于配置的corePoolSize颠黎，那么這些線程都是核心線程。線程池根據(jù)當(dāng)前線程池的數(shù)量來判斷要不要退出線程盏缤，而不是根據(jù)是否核心線程

核心線程能否被退出唉铜？

上面一個問題我們說到了內(nèi)部其實不區(qū)分核心線程與非核心線程的，只是根據(jù)數(shù)量來判斷是否退出線程竞惋，但是線程是如何退出的灰嫉，又是如何一直處于保活狀態(tài)呢浑厚？

如果配置了allowCoreThreadTimeOut根盒，代表核心線程在配置的keepAliveTime時間內(nèi)沒獲取到任務(wù)，會執(zhí)行退出操作敢艰。也就是盡管當(dāng)前線程數(shù)量小于corePoolSize也會執(zhí)行退出線程操作册赛。

workQueue.take()方法會一直阻塞當(dāng)前的隊列直到有任務(wù)的出現(xiàn)，因此如果執(zhí)行的是take方法牡属，那么當(dāng)前的線程就不會退出扼睬。想要退出當(dāng)前的線程，有幾個條件：

• 1 當(dāng)前的worker數(shù)量大于maximumPoolSize的worker數(shù)量证芭。
• 2 線程池當(dāng)前處于STOP狀態(tài)担映，即shutdownNow
• 3 線程池處于SHUTDOWN狀態(tài)蝇完，并且當(dāng)前的隊列為空
• 4 worker線程等待task超時了，并且當(dāng)前的worker線程配置為可以被退出氢架。timed=true
  • allowCoreThreadTimeOut配置為true
  • 線程數(shù)量大于核心線程數(shù)

image-20200212092008155.png

如何提前創(chuàng)建核心線程數(shù)朋魔？

上面提到了警检，有兩個方法：

• prestartAllCoreThreads()提前創(chuàng)建所有的核心線程
• prestartCoreThread，提前創(chuàng)建一個核心線程拓售，如果當(dāng)前線程數(shù)量大于corePoolSize镶奉，則不創(chuàng)建

線程池異常退出與自動退出的區(qū)別？

如果線程是由于程序異常導(dǎo)致的退出鸽凶，那么completedAbruptly為true移国，如下代碼會再新建一個Worker線程。

如果線程是系統(tǒng)自動退出使碾，即completedAbruptly為false的話祝懂，會根據(jù)配置判斷當(dāng)前可以允許的最小核心線程數(shù)量

• 配置allowCoreThreadTimeOut為true的話，最小核心線程數(shù)可以為0矢门。
• 默認(rèn)情況下最小線程數(shù)為corePoolSize

int c = ctl.get();
        if (runStateLessThan(c, STOP)) {
            if (!completedAbruptly) {
                int min = allowCoreThreadTimeOut ? 0 : corePoolSize;
                if (min == 0 && ! workQueue.isEmpty())
                    min = 1;
                if (workerCountOf(c) >= min)
                    return; // replacement not needed
            }
            addWorker(null, false);
        }

線程池shutdown與shutdownNow有什么區(qū)別祟剔？

看代碼主要三個區(qū)別：

• shutdown會把線程池的狀態(tài)改為SHUTDOWN，而shutdownNow把當(dāng)前線程池狀態(tài)改為STOP
• shutdown只會中斷所有空閑的線程宣旱，而shutdownNow會中斷所有的線程叛薯。
• shutdown返回方法為空，會將當(dāng)前任務(wù)隊列中的所有任務(wù)執(zhí)行完畢组力；而shutdownNow把任務(wù)隊列中的所有任務(wù)都取出來返回抖拴。

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最后

學(xué)無止境阿宅，還有很多細(xì)節(jié)，但足以打動面試官脱柱，覺得真是一個很用心的候選人呢... 希望這些能幫到你拉馋。

還有阿里內(nèi)推：這邊是阿里集團(tuán)-淘系技術(shù)部的，總裁帶頭發(fā)起項目随闺，新成立部門蔓腐，業(yè)務(wù)急速擴(kuò)張，目前還有大量的HC散罕，機(jī)會多傀蓉，考慮的聯(lián)系我：

郵箱：aihe.ah@alibaba-inc.com

微信：aihehe5211