并发编程 - 线程池中的常见面试题

1. 线程池相比于线程有什么优点

2. 线程池的参数有哪些

3. 线程工厂有什么用

4. 说一下线程的优先级

5. 说一下线程池的执行流程

6. 线程池的拒绝策略有哪些

7. 如何实现自定义拒绝策略

8. 如何判断线程池中的任务是否执行完成

1. 线程池相比于线程有什么优点

有时候面试官也会这么问：让你介绍一下线程池，都是一样的回答方式。

在实际生活中，一般都是使用线程池，而不使用普通的线程，使用线程池有以下几个好处：

1. 降低资源消耗：线程池可以重复利用已经创建好的线程，避免了频繁创建和销毁线程带来的开销。其次呢，线程池可以有效地管理和控制线程的数量，避免线程过多而导致资源浪费。

2. 提高响应速度：线程池中的线程是预先创建好的，所以当任务来临时，它可以立即分配线程来进行处理，提高了任务的响应速度。

3. 提高系统稳定性：线程池可以限制并发时的线程数量，避免因为线程过多而导致资源耗尽或系统崩溃。它可以合理的控制系统的负载，以提高系统的稳定性。

4. 支持任务队列：线程池通常会使用任务队列来存储待执行的任务。当线程池中的线程都在执行任务时，新的任务可以被放入任务队列中排队等待执行，避免任务丢失或阻塞。

2. 线程池的参数有哪些

线程池 ThreadPoolExecutor 最多可以支持 7 个参数的设置（最少 5 个），底层源码：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    if (corePoolSize < 0 ||
        // maximumPoolSize 必须大于 0, 且必须大于 corePoolSize 
        maximumPoolSize <= 0 ||
        maximumPoolSize < corePoolSize ||
        keepAliveTime < 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
        throw new NullPointerException();
    this.acc = System.getSecurityManager() == null ?
            null :
            AccessController.getContext();
    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}

7 个参数的含义如下 :

1. corePoolSize：表示线程池的常驻核心线程数

        这个值如果设为 0，则表示在没有任务的时候，销毁线程池；如果大于 0，即使没有任务也会保证线程池的线程数量等于这个值。（这个值如果设置的比较小，则会频繁的创建和销毁线程；如果设置的比较大，则浪费系统资源，实际工作中根据业务场景来调整）

2. maximumPoolSize：表示线程池在任务最多的时候，最大可以创建的线程数

        官方规定这个值必须大于 0。也必须大于等于 corePoolSize，（此值只有在任务比较多的时候，且任务队列已经存满的时候，才会用到）

3. keepAliveTime：表示临时线程（最大线程数-核心线程数）的存活时间

        当线程池空闲时并且超过了这个时间，就会销毁临时线程，直到线程池中的线程数量等于 corePoolSize 为止。

4. unit：表示临时线程的存活单位

5. workQueue：表示线程池执行的任务队列

        当线程池的所有线程都在处理任务时，新加入的任务就会缓存到任务队列中，排队等待执行。

6.threadFactory：表示线程的创建工厂

        可以用来设置线程名称，线程优先级，以及线程的类型（前后台线程）等内容。

7. RejectedExecutionHandler：表示指定线程池的拒绝策略

        当线程池中的核心线程数都在执行任务，任务队列此也已经满了，并且线程池中的线程数已经达到设置的最大线程数了（不能创建新线程了），就会使用到拒绝策略，它是一种限流保护的机制。

3. 线程工厂有什么用

通过线程工厂可以设置线程池中可以创建的最大线程数，设置线程的名称，线程的优先级以及线程的类型等内容。

ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactory() {
    @Override
    public Thread newThread(Runnable r) {
        // 创建线程池中的线程
        Thread thread = new Thread(r);
        // 设置线程名称
        thread.setName("Thread-" + r.hashCode());
        // 设置线程的优先级 (1-10) 最大 10
        thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        // 设置线程的类型 (前台/后台线程)
        thread.setDaemon(false);
        // ....
        return thread;
    }
};

4. 说一下线程的优先级

线程的优先级用整数表示，范围在 1-10 之间，并且数字越大表示的优先级越高，线程的默认优先级为 5。

设置线程优先级的作用：

线程优先级表示当前线程被调度的权重，也就是说线程的优先级越高，表示线程被被调度执行的可能性就越大，它会给线程调度器一个建议，具体是不是优先级越高的越先执行是不一定的。它这样设计的目的就是为了防止线程饿死。

在 Java 中，可以通过 Thread 类的 setPriority() 和个体 getPriority() 来设置和获取线程的优先级

5. 说一下线程池的执行流程

线程池的执行流程通过下图进行梳理：

由于线程池是以懒加载的方式进行创建线程的，所以线程池创建第一个线程的时候，它普通的创建线程没有区别。

当任务来临时，它会先去判断一下实际线程数是否大于核心线程数，如果小于等于核心线程数，说明此时任务比较少，所以此时只需要创建一个新的线程来执行任务就完事了。
如果实际线程数大于核心线程数了，然后再去判断任务队列有没有满，如果队列没有满，那么就将新任务加入到任务队列中排队等待执行。
如果队列满了，那么再去判断实际线程数是否超过最大线程数，如果没有超过，那么创建一个新的线程来执行任务就完事了。
如果已经超过最大线程数了，那么就会执行拒绝策略。

【联系到快递公司】

当有新的快递来临了，我先看一下公司正式员工忙不忙的过来，如果有人空闲，那么安排空闲的人去干活。
如果公司的正式员工手头都忙不过来，此时检查一下快递仓库是否满了，如果没满，那么就放入快递仓库排队等待执行。
如果快递仓库也满了，老板此时还想挣这个钱，那么他会先计算出当前要招多少员工，才能保证利益最大化，如果当前公司总员工（正式+临时）还没有超过预算值，那么就招临时工来帮忙。
如果说招的临时工已经达到最大预算了，那么此时就会执行拒绝策略了，我不接单了。

6. 线程池的拒绝策略有哪些

拒绝策略一共有 5 种，线程池内置了 4 种和一种自定义拒绝策略，这四种拒绝策略分别是：

1. AbortPolicy：终止策略，线程池会抛出异常并终止执行此任务；

在接不了订单的情况下，公司还有部门接单，那么领导就会开内部批斗大会，并终止快递流程。

2. CallerRunsPolciy：把任务交给添加此任务的（main）线程来执行；

在接不了订单的情况下，此时有一个卡车司机拉了一车快递来了，于是跟货车司机说：老弟啊，哥这也忙不过来了，你想不想挣个块钱发家致富，于是就将这个任务交给卡车司机来执行。

3. DiscardPolicy：忽略当前任务（最新的任务）；

4. DiscardOldestPolicy：忽略任务队列中最早加入的任务，接收新任务（加入任务队列）；

线程池默认的拒绝策略为 AbortPolicy 终止策略。

7. 如何实现自定义拒绝策略

代码示例：

// 创建 runnable 对象
// ...

ThreadPoolExecutor threadPool =
   new ThreadPoolExecutor(1, 1,
   100, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(1),
   new RejectedExecutionHandler() {
       @Override
       public void rejectedExecution(Runnable r,ThreadPoolExecutor executor) {
           // 执行自定义拒绝策略
           // 1.记录日志,方便问题的追溯
           // 2.通知相关人员来解决问题
           System.out.println("执行自定义拒绝策略");
       }
   });
// 添加并执行 3 个任务
threadPool.execute(runnable);
threadPool.execute(runnable);
threadPool.execute(runnable);

拒绝策略里面一般可以做两件事：

记录日志，以便问题的追溯；
通过相关人员来解决问题。

如果面试官此时还问：你在实际工作中/你的项目中，你使用的是哪一种拒绝策略？

如果不知道怎么回答，建议回答自定义拒绝策略，因为它比较灵活，它可以去设置我想去设置的一些代码，我在里面呢，首先我可以把错误记录下来，其次我可以给任务队列发一个邮件，或者发一个 MQ（消息不丢失）

8. 如何判断线程池中的任务是否执行完成

" 牛客上有人在面试用友的时候，被问到王者荣耀 5 个人都加载完成才进入游戏，用 Java 应该怎么实现，就和这个问题如出一辙 "

判断线程池中的任务是否执行完成，有三种方法：（线程池提供了两种，还可以借助计数器）

1. 使用 getCompletedTaskCount() 统计已经执行完的任务，使用 getTaskCount() 获取线程池的总任务，将二者进行对比，如果相等就说明线程池的任务执行完了，反之没有执行完。

2. 使用 FutureTask 等待所有任务执行完。（类似于 Thread 里面的 join）

3. 借助计数器 CountDownLatch 或 CyclicBarrier 来实现。

① getCompletedTaskCount() 方式

private static void isCompleteByTaskCount(ThreadPoolExecutor threadPool) {
    while(threadPool.getCompletedTaskCount()
            != threadPool.getTaskCount()) {
        // 如果 已完成任务数 ！= 总任务数, 就一直进行自旋
    }
}

这种方式的缺点：

如果已完成任务数 != 总任务数，那么就会一直自旋，过于消耗系统性能；
判断不够精准，因为线程池是公用的，如果这个时候有其他线程来添加了新的任务，那么总的任务数就变了，而我只想判断属于我的这几个任务知否执行完。

所以 getCompletedTaskCount() 并不是最优的实现方式。

② FutureTask 的方式

代码示例：

定义三个任务（callable）
调用线程池提供的 submit 方法（可执行回调任务/非回调任务）
调用任务的 get() 方法（同步阻塞，类似于 thread.join()）

public static void main(String[] args) throws ExecutionException,
             InterruptedException {
    // 创建固定大小的线程池
    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
    // 创建 3 个任务
    FutureTask<Integer> task1 = new FutureTask<>(() -> {
        System.out.println("task1 开始执行");
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("task1 执行结束");
        return 1;
    });
    FutureTask<Integer> task2 = new FutureTask<>(() -> {
        System.out.println("task2 开始执行");
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("task2 执行结束");
        return 2;
    });
    FutureTask<Integer> task3 = new FutureTask<>(() -> {
        System.out.println("task3 开始执行");
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("task3 执行结束");
        return 3;
    });
    // 提交 3 个任务给线程池
    executor.submit(task1);
    executor.submit(task2);
    executor.submit(task3);
    // 等所有任务执行完毕并获取结果 (同步阻塞)
    int ret1 = task1.get();
    int ret2 = task1.get();
    int ret3 = task1.get();
}

执行结果 >>>

③ 使用 CountDownLatch 或 CyclicBarrier

这个问题，回答前两种方式其实已经够了，此处多介绍一个 CountDownLatch。

代码示例：

递归枚举出所有 HTML 文件
通过线程池解析 HTML 文件
解析完所有的 HTML 文件后再执行后续的业务逻辑

public void runByThread() throws InterruptedException {
    ArrayList<File> files = new ArrayList<>();
    enumFile(INPUT_PATH,files); // 递归枚举出所有 HTML 文件
    ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);
    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(files.size());
    // 遍历文件,多线程解析文件
    for(File f:files) {
        executorService.submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("开始解析: " + f.getAbsolutePath());
                parseHTML(f); // 解析文件
                latch.countDown(); // 调用一次这个方法表示一个线程已经执行完了
            }
        });
    }
    latch.await(); // 阻塞(死等) -> 直到所有的线程都调用了 countDown()
    // 执行后续的业务逻辑
    System.out.println("索引制作完毕!");
}

那么上述三个步骤，4 个线程在执行解析文件的时候，很可能会存在这样一种情况：

这些文件都 submit 完了，但是还没有执行完，这是很有可能的。而想要执行后续的业务逻辑，那么就得保证这些文件全部被执行完了，所以此处 CountDownLatch 的作用就是为了保证这一点的

如何保证？通过调用两个方法：