线程池

简要回答

• 采用多线程编程时，如果线程过多会造成系统资源的大量占用，降低系统效率。如果有些线程存活时间短但是不得不创建很多时也会造成资源浪费，线程池可以决定由哪个空闲且存活的线程来执行，当线程池中线程不够时会适当创建一部分线程，线程冗余时会销毁一部分线程。可以提高线程利用率，降低系统资源损耗。

详细回答

• 资源管理: 在多线程应用中线程池提供了对线程的统一管理（如任务队列、线程生命周期监控、拒绝策略等），方便开发者跟踪任务执行状态、调整资源分配。
• 提高性能:线程的创建和销毁开销相对较大。线程池可以复用线程，避免频繁地创建和销毁线程从而提高系统性能。
• 任务排队:线程池可以用于排队任务，确保任务按照一定的顺序执行，避免线程竞争和冲突
• 避免线程过多:如果不使用线程池，程序员可能会手动创建大量线程来处理任务，每个线程都需要占用内存和CPU资源，如果不加限制地创建线程，会导致系统资源耗尽，可能引发系统崩溃。线程池通过限制线程数量来避免这种情况。

使用场景

• 线程池适用于需要频繁创建和销毁线程场景，如：处理大量数据，执行大量计算任务，处理大量IO任务。
• 线程池适用于需要控制并发规模的场景，如：Web服务器、数据库连接池、消息队列等。
• 线程池适用于需要提升任务调度与管理场景，线程池的getActiveCount()监控可以实时活跃线程数。

代码示例

1. 固定线程池使用示例

import java.util.concurrent.Executorservice;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ResourceManagementExample{
    public static void main(string[] args){
    //创建一个固定大小的线程池，包含3个线程
    ExecutorService executor=Executors.newFixedThreadPool(3);

    // 提交任务给线程池
    for(int i=0;i<5;i++){
        final int taskId = i;
        executor.submit(()->{
            System.out.printIn("Task "+ taskId +" is running on thread "+ Thread.currentThread().getName());});
    }
// 关闭线程池
executor.shutdown();
    }
}
// 运行结果:
Task 1 is running on thread pool-1-thread-2
Task 0 is running on thread pool-1-thread-1
Task 2 is running on thread pool-1-thread-3
Task 3 is running on thread pool-1-thread-2
Task 4 is running on thread pool-1-thread-1

2. 可缓存线程池使用示例

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ImprovedPerformanceExample{
    public static void main(string[] args){
        ExecutorService executor =Executors.newCachedThreadPool();
        for(int i=0;i<5;i++){
            final int taskedId=i;
            executor.submit(()->{
                System.out.println("Task "+ taskId +" is running on thread "+ Thread.currentThread().getName());
        });
        }
        executor.shutdown();
    }
}
//运行结果:
Task 4 is running on thread pool-1-thread-5
Task 1 is running on thread pool-1-thread-2
Task 2 is running on thread pool-1-thread-3
Task 3 is running on thread pool-1-thread-4
Task 0 is running on thread pool-1-thread-1

3. 单线程线程池使用场景

import java.util.concurrent.Executorservice;import java.util.concurrent.Executors;
public class TaskQueueExample {
    public static void main(string[]args){
        //创建一个单线程线程池，任务会按顺序执行
        ExecutorService executor =Executors.newSingleThreadExecutor();
        //提交多个任务给线程池
        for(inti=0;i<5;i++){
            final int taskId = i;
            executor.submit(()->{
                System.out.println("Task "+ taskId + " is running on thread "+ Thread.currentThread().getName());
            });
        }
        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
    }
}
// 运行结果:
Task 0 is running on thread pool-1-thread-1
Task 1 is running on thread pool-1-thread-1
Task 2 is running on thread pool-1-thread-1
Task 3 is running on thread pool-1-thread-1
Task 4 is running on thread pool-1-thread-1

知识图解

1. 线程池工作原理

知识扩展

1. 扩展：

• 线程池种类：
  1. ScheduledThreadPoolExecutor：定时执行任务，支持定时执行和周期执行。
  2. FixedThreadPool：固定大小线程池，线程数量固定,核心线程数和最大线程数相同，不会创建更多线程处理任务。
  3. CachedThreadPool：可缓存线程池，在于线程数是几乎可以无限增加（最大Integer.MAX_VALUE，2^31-1），线程闲置时会进行回收。
  4. SingleThreadExecutor：使用唯一的线程去执行任务，原理和FixedThreadPool一样，如果线程在执行任务时发生异常，会重新创建新线程执行后续任务，适合所有任务需要按顺序执行场景。
  5. SingleThreadScheduledExecutor：和ScheduledThreadPool线程池相似，属于其特例，内部只有一个线程。

2. 面试官可能追问:

• Q1：线程池越多越好吗？一个线程池有大量线程会怎样？
  1. 资源竞争加剧，性能下降。每个线程池也会占用一定内存空间，过多的线程池同样会导致内存占用。
  2. 过多的线程池会增加代码维护成本，难以统一各线程池状态。
  3. 如果多个线程池之间存在资源依赖，可能会导致死锁，同时过多线程池可能耗尽系统的线程资源。
  4. 大量线程竞争CPU时间片，会增加上下文切换的频率，降低系统整体效率。
  5. 操作系统调度线程池中的所有线程，线程数量越多调度器负担越重，可能会导致关键任务延迟执行。
• Q2：线程池工作队列满了有哪些拒接策略？
  • 如果线程池的任务队列满了，线程池会执行指定的拒绝策略来应对，常用的四种拒绝策略包括：
    1. CallerRunsPolicy：使用线程池调用者所在的线程去执行被拒绝的任务，除非线程池被停止或者线程池的任务队列已有空缺。
    2. AbortPolicy：直接抛出一个任务被线程池拒绝的异常。
    3. DiscardPolicy：不做任何处理，然后执行该任务。
    4. DiscardOldestPolicy：抛弃最老的任务，然后执行该任务。
    5. 自定义拒绝策略，通过实现RejectedExecutionHandler接口可以自定义任务的拒绝处理逻辑。