Java线程池面试必备:核心参数、工作流、监控、调优手段
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1. Java的线程池
① 合理使用线程池的好处
Java的线程池是运用场景最多的并发框架,几乎所有需要异步或者并发执行任务的程序都可以使用线程池。
合理使用线程池能带来的好处:
降低资源消耗。 通过
重复利用已经创建的线程
降低线程创建的和销毁
造成的消耗。例如,工作线程Woker会无线循环获取阻塞队列中的任务来执行。提高响应速度。 当任务到达时,
任务可以不需要等到线程创建就能立即执行
。提高线程的可管理性。 线程是稀缺资源,Java的线程池可以对线程资源进行
统一分配
、调优
和监控
。
② 线程池的工作流程
一个新的任务到线程池时,线程池的处理流程如下:1.
线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。
如果不是,创建一个新的工作线程来执行任务
。如果核心线程池里的线程都在执行任务,则进入下个流程。
线程池判断阻塞队列是否已满。
如果阻塞队列没有满,则将新提交的任务存储在阻塞队列中
。如果阻塞队列已满,则进入下个流程。线程池判断线程池里的线程是否都处于工作状态。
如果没有,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已满,则交给饱和策略来处理这个任务。
线程池的核心实现类是
ThreadPoolExecutor类
,用来执行提交的任务。因此,任务提交到线程池时,具体的处理流程是由ThreadPoolExecutor类
的execute()方法去完成的。
如果当前运行的线程少于
corePoolSize
,则创建新的工作线程来执行任务(执行这一步骤需要获取全局锁)。如果当前运行的线程大于或等于
corePoolSize
,而且BlockingQueue
未满,则将任务加入到BlockingQueue
中。如果
BlockingQueue
已满,而且当前运行的线程小于maximumPoolSize
,则创建新的工作线程来执行任务(执行这一步骤需要获取全局锁)。如果当前运行的线程大于或等于
maximumPoolSize
,任务将被拒绝
,并调用RejectExecutionHandler.rejectExecution()方法
。即调用饱和策略对任务进行处理。
工作线程(Worker): 线程池在创建线程时,会将线程封装成工作线程Woker。Woker在执行完任务后,不是立即销毁而是
循环获取阻塞队列里的任务来执行
。
③ 线程池的创建(7个参数)
可以通过
ThreadPoolExecutor
来创建一个线程池:
new ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, RejectedExecutionHandler handler)
corePoolSize(线程池的基本大小):
提交一个任务到线程池时,线程池会创建一个新的线程来执行任务。注意: 即使有
空闲的基本线程
能执行该任务,也会创建新的线程。如果线程池中的线程数已经大于或等于
corePoolSize
,则不会创建新的线程。如果调用了线程池的
prestartAllCoreThreads()方法
,线程池会提前创建并启动所有基本线程
。
maximumPoolSize(线程池的最大数量): 线程池允许创建的最大线程数。
阻塞队列已满,线程数小于
maximumPoolSize
便可以创建新的线程执行任务。如果使用无界的阻塞队列,
该参数没有什么效果
。
workQueue(工作队列): 用于保存等待执行的任务的阻塞队列。
ArrayBlockingQueue:
基于数组结构的有界阻塞队列,按FIFO(先进先出)原则对任务进行排序。使用该队列,线程池中能创建的最大线程数为maximumPoolSize
。LinkedBlockingQueue:
基于链表结构的无界阻塞队列,按FIFO(先进先出)原则对任务进行排序,吞吐量高于ArrayBlockingQueue
。使用该队列,线程池中能创建的最大线程数为corePoolSize
。静态工厂方法Executor.newFixedThreadPool()
使用了这个队列。SynchronousQueue:
一个不存储元素的阻塞队列。添加任务的操作必须等到另一个线程的移除操作
,否则添加操作一直处于阻塞状态
。静态工厂方法Executor.newCachedThreadPool()
使用了这个队列。PriorityBlokingQueue:
一个支持优先级的无界阻塞队列。使用该队列,线程池中能创建的最大线程数为corePoolSize
。
keepAliveTime(线程活动保持时间): 线程池的
工作线程空闲后
,保持存活的时间
。如果任务多而且任务的执行时间比较短
,可以调大keepAliveTime
,提高线程的利用率。unit(线程活动保持时间的单位): 可选单位有
DAYS
、HOURS
、MINUTES
、毫秒
、微秒
、纳秒
。handler(饱和策略,或者又称拒绝策略): 当队列和线程池都满了,即线程池饱和了,必须采取一种策略处理提交的新任务。
AbortPolicy:
无法处理新任务时,直接抛出异常
,这是默认策略。CallerRunsPolicy:
用调用者所在的线程来执行任务。DiscardOldestPolicy:
丢弃阻塞队列中最靠前的一个任务,并执行当前任务。DiscardPolicy:
直接丢弃任务。
threadFactory: 构建线程的工厂类
总结:
常用的5个,核心池、最大池、空闲时间、时间的单位、阻塞队列;另外两个:拒绝策略、线程工厂类
常见线程池的创建参数如下。PS:
CachedThreadPool
核心池为0,最大池为Integer.MAX_VALUE
,相当于只使用了最大池;其他线程池,核心池与最大池一样大,因此相当于只用了核心池。
FixedThredPool: new ThreadExcutor(n, n, 0L, ms, new LinkedBlockingQueue<Runable>()
SingleThreadExecutor: new ThreadExcutor(1, 1, 0L, ms, new LinkedBlockingQueue<Runable>())
CachedTheadPool: new ThreadExcutor(0, max_valuem, 60L, s, new SynchronousQueue<Runnable>());
ScheduledThreadPoolExcutor: ScheduledThreadPool, SingleThreadScheduledExecutor.
如果使用的阻塞队列为无界队列,则永远不会调用拒绝策略,因为再多的任务都可以放在队列中。
SynchronousQueue
是不存储任务的,新的任务要么立即被已有线程执行,要么创建新的线程执行。
④ 向线程池提交任务
使用
ThreadPoolEXecutor.execute()
方法来提交任务:
public void execute(Runnable command) {// command为null,抛出NullPointerExceptionif (command == null)throw new NullPointerException(); int c = ctl.get();// 线程池中的线程数小于corePoolSize,创建新的线程if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {if (addWorker(command, true))// 创建工作线程return;c = ctl.get();}// 将任务添加到阻塞队列,如果if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {int recheck = ctl.get();if (! isRunning(recheck) && remove(command))reject(command);else if (workerCountOf(recheck) == 0)addWorker(null, false);}// 阻塞队列已满,尝试创建新的线程,如果超过maximumPoolSize,执行handler.rejectExecution()else if (!addWorker(command, false))reject(command);
}
⑤ 线程池的五种运行状态
RUNNING : 该状态的线程池既能接受新提交的任务,又能处理阻塞队列中任务。
SHUTDOWN: 该状态的线程池不能接收新提交的任务,但是能处理阻塞队列中的任务。(政府服务大厅不在允许群众拿号了,处理完手头的和排队的政务就下班。)
处于
RUNNING 状态
时,调用shutdown()方法
会使线程池进入到该状态。注意:
finalize() 方法
在执行过程中也会隐式调用shutdown()方法
。
STOP: 该状态的线程池不接受新提交的任务,也不处理在阻塞队列中的任务,还会中断正在执行的任务。(政府服务大厅不再进行服务了,拿号、排队、以及手头工作都停止了。)
在线程池处于
RUNNING 或 SHUTDOWN 状态
时,调用shutdownNow() 方法
会使线程池进入到该状态;
TIDYING: 如果
所有的任务都已终止
,workerCount (有效线程数)=0
。
线程池进入该状态后会调用
terminated() 钩子方法
进入TERMINATED 状态
。
TERMINATED: 在
terminated()钩子方法
执行完后进入该状态,默认terminated()钩子方法
中什么也没有做。
⑥ 线程池的关闭(shutdown或者shutdownNow方法
)
可以通过调用线程池的
shutdown或者shutdownNow方法
来关闭线程池:遍历线程池中工作线程,逐个调用interrupt方法
来中断线程。shutdown方法与shutdownNow的特点:
shutdown方法
将线程池的状态设置为SHUTDOWN状态
,只会中断空闲的工作线程。shutdownNow方法
将线程池的状态设置为STOP状态
,会中断所有工作线程,不管工作线程是否空闲。调用两者中任何一种方法,都会使
isShutdown方法
的返回值为true;线程池中所有的任务都关闭后
,isTerminated方法
的返回值为true。通常使用
shutdown方法
关闭线程池,如果不要求任务一定要执行完,则可以调用shutdownNow方法
。
2. java线程池的调优以及监控
① 线程池的调优(线程池的合理配置)
先从以下几个角度分析任务的特性:
任务的性质:
CPU 密集型任务
、IO 密集型任务
和混合型任务
。任务的优先级: 高、中、低。
任务的执行时间: 长、中、短。
任务的依赖性:
是否依赖其他系统资源
,如数据库连接
。
任务性质不同的任务可以用不同规模的线程池分开处理。 可以通过
Runtime.getRuntime().availableProcessors()
方法获得当前设备的 CPU 个数。
CPU 密集型任务配置
尽可能小的线程
,如配置 N c p u + 1 N_{cpu}+1Ncp**u+1 个线程的线程池。IO 密集型任务则由于线程并不是一直在执行任务,则
配置尽可能多的线程
,如2 ∗ N c p u 2N_{cpu}2∗Ncp**u*。混合型任务,如果可以拆分,则
将其拆分成一个 CPU 密集型任务和一个 IO 密集型任务
。只要这两个任务执行的时间相差不是太大
,那么分解后执行的吞吐率要高于串行执行的吞吐率
;如果这两个任务执行时间相差太大,则没必要进行分解。
优先级不同的任务可以使用优先级队列
PriorityBlockingQueue
来处理,它可以让优先级高的任务先得到执行。但是,如果一直有高优先级的任务加入到阻塞队列中
,那么低优先级的任务可能永远不能执行
。执行时间不同的任务可以交给
不同规模的线程池
来处理,或者也可以使用优先级队列
,让执行时间短的任务先执行
。依赖数据库连接池的任务,因为线程提交 SQL 后需要等待数据库返回结果,
线程数应该设置得较大
,这样才能更好的利用 CPU。建议使用有界队列,有界队列能
增加系统的稳定性和预警能力
。可以根据需要设大一点,比如几千。使用无界队列
,线程池的队列就会越来越大,有可能会撑满内存,导致整个系统不可用。
② 线程池的监控
可以通过线程池提供的参数读线程池进行监控,有以下属性可以使用:
taskCount:
线程池需要执行的任务数量,包括已经执行完的、未执行的和正在执行的。completedTaskCount:
线程池在运行过程中已完成的任务数量,completedTaskCount <= taskCount
。largestPoolSize:
线程池曾经创建过的最大线程数量,通过这个数据可以知道线程池是否满过
。如等于线程池的最大大小,则表示线程池曾经满了
。getPoolSize:
线程池的线程数量。如果线程池不销毁
的话,池里的线程不会自动销毁
,所以线程池的线程数量只增不减。getActiveCount:
获取活动的线程数。
通过继承线程池并重写线程池的
beforeExecute
,afterExecute
和terminated
方法,我们可以在任务执行前
,执行后
和线程池关闭前
干一些事情。如监控任务的
平均执行时间
,最大执行时间
和最小执行时间
等。这几个方法在线程池里是空方法,如:
protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) { }
3. Java线程池的常见问题
1. 讲讲Java的线程池
基础讲解:
以
ThreadPoolExecutor
为切入点,讲解excute()方法
中所体现的Java线程池运行流程
。工作线程Worker,它的循环工作特点
如何新建线程池:7个参数(重点在阻塞队列和饱和策略)
进阶:
线程池
五个状态的特点
以及如何进行状态之间的切换
:running
、shutdown
、stop
、tidying
、terminated
。如何关闭线程:
shutdown方法
和shutdownNow方法
的特点线程池的调优(
针对任务的不同特性
+建议使用有界队列
)线程池的
监控参数
以及可以重写的方法
。
两种主要的线程池类型:普通的线程池
ThreadPoolExecutor
,支持延迟或周期性执行的任务的线程池ScheduledThreadPoolExcutor
。讲解
ThreadPoolExcutor
中5个常用参数+2个不常用参数,包含的三种线程池:创建时的参数、运行的流程、各自适合的场景。讲解
ScheduledThreadPoolExecutor
的阻塞队列的原理、如何更改任务的time。提供了五种定义好的线程池,都可以通过
Executors
工具类去调用,比如Executors.newFixedThreadPool(12)
2. 具体的场景,如果corePoolSize为x,maximumPoolSize为y,阻塞队列为z,第w个任务进来如何分配?
3. 线程池如何进行调优?
线程池的调优(
针对任务的不同特性
+建议使用有界队列
)
4. 线程池中的核心参数,超过核心size怎么处理,队列满怎么处理,拒绝策略有哪些?(比较具体)
来源 | blog.csdn.net/u014454538/article/details/96910729
热门内容:你真的会写for循环吗?来看看这些常见的for循环优化方式居然有人提问“国家何时整治程序员的高薪现象”?Spring官宣新家族成员:Spring Authorization Server!21 款 yyds 的 IDEA插件Lombok!代码简洁神器还是代码“亚健康”元凶?最近面试BAT,整理一份面试资料《Java面试BAT通关手册》,覆盖了Java核心技术、JVM、Java并发、SSM、微服务、数据库、数据结构等等。获取方式:点“在看”,关注公众号并回复 666 领取,更多内容陆续奉上。
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