38 線程池源碼面試題 · 面試官系統精講Java源碼及大廠真題

## 38 線程池源碼面試題 ## 引導語線程池在日常面試中占比很大，主要是因為線程池內容涉及的知識點較廣，比如涉及到隊列、線程、鎖等等，所以很多面試官喜歡把線程池作為問題的起點，然后延伸到其它內容，由于我們專欄已經說過隊列、線程、鎖面試題了，所以本章面試題還是以線程池為主。 ### 1：說說你對線程池的理解？答：答題思路從大到小，從全面到局部，總的可以這么說，線程池結合了鎖、線程、隊列等元素，在請求量較大的環境下，可以多線程的處理請求，充分的利用了系統的資源，提高了處理請求的速度，細節可以從以下幾個方面闡述： 1. ThreadPoolExecutor 類結構； 2. ThreadPoolExecutor coreSize、maxSize 等重要屬性； 3. Worker 的重要作用； 4. submit 的整個過程。通過以上總分的描述，應該可以說清楚對線程池的理解了，如果是面對面面試的話，可以邊說邊畫出線程池的整體架構圖（見《ThreadPoolExecutor 源碼解析》）。 ### 2：ThreadPoolExecutor、Executor、ExecutorService、Runnable、Callable、FutureTask 之間的關系？答：以上 6 個類可以分成兩大類：一種是定義任務類，一種是執行任務類。 1. 定義任務類：Runnable、Callable、FutureTask。Runnable 是定義無返回值的任務，Callable 是定義有返回值的任務，FutureTask 是對 Runnable 和 Callable 兩種任務的統一，并增加了對任務的管理功能； 2. 執行任務類：ThreadPoolExecutor、Executor、ExecutorService。Executor 定義最基本的運行接口，ExecutorService 是對其功能的補充，ThreadPoolExecutor 提供真正可運行的線程池類，三個類定義了任務的運行機制。日常的做法都是先根據定義任務類定義出任務來，然后丟給執行任務類去執行。 ### 3：說一說隊列在線程池中起的作用？答：作用如下： 1. 當請求數大于 coreSize 時，可以讓任務在隊列中排隊，讓線程池中的線程慢慢的消費請求，實際工作中，實際線程數不可能等于請求數，隊列提供了一種機制讓任務可排隊，起一個緩沖區的作用； 2. 當線程消費完所有的線程后，會阻塞的從隊列中拿數據，通過隊列阻塞的功能，使線程不消亡，一旦隊列中有數據產生后，可立馬被消費。 ### 4：結合請求不斷增加時，說一說線程池構造器參數的含義和表現？答：線程池構造器各個參數的含義如下： 1. coreSize 核心線程數； 2. maxSize 最大線程數； 3. keepAliveTime 線程空閑的最大時間； 4. queue 有多種隊列可供選擇，比如：1：SynchronousQueue，為了避免任務被拒絕，要求線程池的 maxSize 無界，缺點是當任務提交的速度超過消費的速度時，可能出現無限制的線程增長；2：LinkedBlockingQueue，無界隊列，未消費的任務可以在隊列中等待；3：ArrayBlockingQueue，有界隊列，可以防止資源被耗盡； 5. 線程新建的 ThreadFactory 可以自定義，也可以使用默認的 DefaultThreadFactory，DefaultThreadFactory 創建線程時，優先級會被限制成 NORM_PRIORITY，默認會被設置成非守護線程； 6. 在 Executor 已經關閉或對最大線程和最大隊列都使用飽和時，可以使用 RejectedExecutionHandler 類進行異常捕捉，有如下四種處理策略：ThreadPoolExecutor.AbortPolicy、ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy、ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy、ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy。當請求不斷增加時，各個參數起的作用如下： 1. 請求數 < coreSize：創建新的線程來處理任務； 2. coreSize <= 請求數 && 能夠成功入隊列：任務進入到隊列中等待被消費； 3. 隊列已滿 && 請求數 < maxSize：創建新的線程來處理任務； 4. 隊列已滿 && 請求數 >= maxSize：使用 RejectedExecutionHandler 類拒絕請求。 ### 5：coreSize 和 maxSize 可以動態設置么，有沒有規則限制？答：一般來說，coreSize 和 maxSize 在線程池初始化時就已經設定了，但我們也可以通過 setCorePoolSize、setMaximumPoolSize 方法動態的修改這兩個值。 setCorePoolSize 的限制見如下源碼： ``` // 如果新設置的值小于 coreSize,多余的線程在空閑時會被回收（不保證一定可以回收成功） // 如果大于 coseSize，會新創建線程 public void setCorePoolSize(int corePoolSize) { if (corePoolSize < 0) throw new IllegalArgumentException(); int delta = corePoolSize - this.corePoolSize; this.corePoolSize = corePoolSize; // 活動的線程大于新設置的核心線程數 if (workerCountOf(ctl.get()) > corePoolSize) // 嘗試將可以獲得鎖的 worker 中斷，只會循環一次 // 最后并不能保證活動的線程數一定小于核心線程數 interruptIdleWorkers(); // 設置的核心線程數大于原來的核心線程數 else if (delta > 0) { // 并不清楚應該新增多少線程，取新增核心線程數和等待隊列數據的最小值，夠用就好 int k = Math.min(delta, workQueue.size()); // 新增線程直到k，如果期間等待隊列空了也不會再新增 while (k-- > 0 && addWorker(null, true)) { if (workQueue.isEmpty()) break; } } } ``` setMaximumPoolSize 的限制見如下源碼： ``` // 如果 maxSize 大于原來的值，直接設置。 // 如果 maxSize 小于原來的值，嘗試干掉一些 worker public void setMaximumPoolSize(int maximumPoolSize) { if (maximumPoolSize <= 0 || maximumPoolSize < corePoolSize) throw new IllegalArgumentException(); this.maximumPoolSize = maximumPoolSize; if (workerCountOf(ctl.get()) > maximumPoolSize) interruptIdleWorkers(); } ``` ### 6：說一說對于線程空閑回收的理解，源碼中如何體現的？答：空閑線程回收的時機：如果線程超過 keepAliveTime 時間后，還從阻塞隊列中拿不到任務（這種情況我們稱為線程空閑），當前線程就會被回收，如果 allowCoreThreadTimeOut 設置成 true，core thread 也會被回收，直到還剩下一個線程為止，如果 allowCoreThreadTimeOut 設置成 false，只會回收非 core thread 的線程。線程在任務執行完成之后，之所有沒有消亡，是因為阻塞的從隊列中拿任務，在 keepAliveTime 時間后都沒有拿到任務的話，就會打斷阻塞，線程直接返回，線程的生命周期就結束了，JVM 會回收掉該線程對象，所以我們說的線程回收源碼體現就是讓線程不在隊列中阻塞，直接返回了，可以見 ThreadPoolExecutor 源碼解析章節第三小節的源碼解析。 ### 7：如果我想在線程池任務執行之前和之后，做一些資源清理的工作，可以么，如何做？答：可以的，ThreadPoolExecutor 提供了一些鉤子函數，我們只需要繼承 ThreadPoolExecutor 并實現這些鉤子函數即可。在線程池任務執行之前實現 beforeExecute 方法，執行之后實現 afterExecute 方法。 ### 8：線程池中的線程創建，拒絕請求可以自定義實現么？如何自定義？答：可以自定義的，線程創建默認使用的是 DefaultThreadFactory，自定義話的只需要實現 ThreadFactory 接口即可；拒絕請求也是可以自定義的，實現 RejectedExecutionHandler 接口即可；在 ThreadPoolExecutor 初始化時，將兩個自定義類作為構造器的入參傳遞給 ThreadPoolExecutor 即可。 ### 9：說說你對 Worker 的理解？答：詳見《ThreadPoolExecutor 源碼解析》中 1.4 小節。 ### 10：說一說 submit 方法執行的過程？答：詳見《ThreadPoolExecutor 源碼解析》中 2 小節。 ### 11：說一說線程執行任務之后，都在干啥？答：線程執行任務完成之后，有兩種結果： 1. 線程會阻塞從隊列中拿任務，沒有任務的話無限阻塞； 2. 線程會阻塞從隊列中拿任務，沒有任務的話阻塞一段時間后，線程返回，被 JVM 回收。 ### 12：keepAliveTime 設置成負數或者是 0，表示無限阻塞？答：這種是不對的，如果 keepAliveTime 設置成負數，在線程池初始化時，就會直接報 IllegalArgumentException 的異常，而設置成 0，隊列如果是 LinkedBlockingQueue 的話，執行 workQueue.poll (keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) 方法時，如果隊列中沒有任務，會直接返回 null，導致線程立馬返回，不會無限阻塞。如果想無限阻塞的話，可以把 keepAliveTime 設置的很大，把 TimeUnit 也設置的很大，接近于無限阻塞。 ### 13：說一說 Future.get 方法是如何拿到線程的執行結果的？答：我們需要明確幾點： 1. submit 方法的返回結果實際上是 FutureTask，我們平時都是針對接口編程，所以使用的是 Future.get 來拿到線程的執行結果，實際上是 FutureTask.get ，其方法底層是從 FutureTask 的 outcome 屬性拿值的； 2. 《ThreadPoolExecutor 源碼解析》中 2 小節中詳細說明了 submit 方法最終會把線程的執行結果賦值給 outcome。結合 1、2，當線程執行完成之后，自然就可以從 FutureTask 的 outcome 屬性中拿到值。 ### 14：總結如果我們弄清楚 ThreadPoolExecutor 的原理之后，線程池的面試題都很簡單，所以建議大家多看看《ThreadPoolExecutor 源碼解析》這小節。