Java并发中线程池的面试题集_java线程池面试题

写在开头

之前给一个大四正在找工作的学妹发了自己总结的关于Java并发中线程池的面试题集，总共18题，将之取名为《Java并发编程之线程池十八问》，今天聊天时受了学妹的夸赞，心里很开心，毕竟自己整理的东西对别人起到了一点帮助，记录一下！

Java并发编程之线程池十八问

经过之前的学习，我们知道在Java中创建一个线程需要调用操作系统内科API，操作系统要为创建的线程分配一系列的资源，成本很高，因此，如果在一个程序中，我们频繁的创建线程和销毁线程，资源占用巨大，性能很差，因此，便但成了 池化思想 ，将创建的线程放入一个池中管理，在Java中除了线程池，数据库连接、HTTP连接也用到了池化思想！

我们基于此，整理了线程池相关的常用面试题集，合计十八道，通过这样的方式充分的了解和学习线程池。

第一问：什么是线程池？

所谓 线程池，就是一个可以管理若干线程的容器，当有任务需要处理时，会提交到线程池的任务队列中，由线程池分配空闲的线程处理任务，处理完任务的线程不会被销毁，而是在线程池中等待下一个任务。

第二问：为什么要用线程池？

至于为什么要用线程池，可以从如下几点回答面试官：

• 降低资源消耗： 频繁的创建与销毁线程，占用大量资源，线程池的出现避免了这种情况，减少了资源的消耗；
• 提高响应速度： 因为线程池中的线程处于待命状态，有任务进来无需等待线程的创建就能立即执行（前提是有空闲线程，任务量巨大，还是需要排队的哈）；
• 更好的管理线程： 线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

第三问：如何创建一个线程池，为什么不推荐使用Executors？

在这里我们提供2种构造线程池的方法：

方法一： 通过ThreadPoolExecutor构造函数来创建（首选）
这是JDK中最核心的线程池工具类，在JDK1.8中，它提供了丰富的可设置的线程池构造参数，供我们设计不同的线程池，如下：

通过构造方法 ，可以给整个线程池设置大小、等待队列、非核心线程存活时间、创建线程的工厂类、拒绝策略等，具体参数描述可见 第六问，它们在线程池中所对应的关系，可见下图。

方法二： 通过 Executor 框架的工具类 Executors 来创建（不推荐）
Executors 是java并发工具包中的一个静态工厂类，在JDK1.5时被创造出来，提供了丰富的创造线程池的方法，通过它可以创建多种类型的线程池。

• newFixedThreadPool：创建定长线程池，该线程池中的线程数量始终不变。当有一个新的任务提交时，线程池中若有空闲线程，则立即执行。若没有，则新的任务会被暂存在一个任务队列中，待有线程空闲时，便处理在任务队列中的任务。当线程发生错误结束时，线程池会补充一个新的线程；
• newCachedThreadPool：创建可缓存的线程池，如果线程池的容量超过了任务数，自动回收空闲线程，任务增加时可以自动添加新线程，所有线程在当前任务执行完毕后，将返回线程池进行复用，线程池的容量不限制；
• newScheduledThreadPool：创建定长线程池，可执行周期性的任务；
• newSingleThreadExecutor：创建单线程的线程池，只有一个线程的线程池。若多余一个任务被提交到该线程池，任务会被保存在一个任务队列中，待线程空闲，按先入先出的顺序执行队列中的任务，线程异常结束，会创建一个新的线程，能确保任务按提交顺序执行；
• newWorkStealingPool：任务可窃取线程池，不保证执行顺序，当有空闲线程时会从其他任务队列窃取任务执行，适合任务耗时差异较大的场景。

为何很多大厂都禁止使用Executors 创建线程池呢？

如果大家跟入到Executors这些方法的底层实现中去看一眼的话，立马就知道原因了，像FixedThreadPool 和 SingleThreadExecutor这两个方法内使用的是无界的 LinkedBlockingQueue存储任务，任务队列最大长度为 Integer.MAX_VALUE,这样可能会堆积大量的请求，从而导致 OOM。

而CachedThreadPool使用的是同步队列 SynchronousQueue, 允许创建的线程数量也为 Integer.MAX_VALUE ，如果任务数量过多且执行速度较慢，可能会创建大量的线程，从而导致 OOM，其他的方法所提供的均是这种无界任务队列，在高并发场景下导致OOM的风险很大，故大部分的公司已经不建议采用Executors提供的方法创建线程池了。

第四问：如何给线程池命名？

如果我们的项目模块较多，在运行时调用了不同模块的线程池，为了在发生异常后快速定位问题，我们一般会在构建线程池时给它一个名字，这里我们提供几种线程池命名的方法。

方法一： 通过Spring 框架提供的CustomizableThreadFactory命名

ThreadFactory springThreadFactory = new CustomizableThreadFactory("Spring线程池:");
ExecutorService exec = new ThreadPoolExecutor(1, 1,
         0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
         new LinkedBlockingQueue<Runnable>(10),springThreadFactory);
 exec.submit(() -> {
     log.info(exec.toString());
 });

方法二： 通过Google guava工具类提供的ThreadFactoryBuilder命名

其实还有一个是Apache commons-lang3 提供的 BasicThreadFactory工厂类，也可以给线程池命名，咱这里就不贴代码了，原因是他们的本质都是通过Thread 的setName()方法实现的！所以，我们其实自己也可以设计一个工厂类也实现线程池的命名操作！

方法三： 自定义工厂类实现线程池命名

先定义一个工厂类，通过实现ThreadFactory的newThread方法，完成命名。

public class MyThreadFactory implements ThreadFactory {
 
    private final AtomicInteger threadNum = new AtomicInteger();
    private final String name;
 
    /**
     * 创建一个带名字的线程池生产工厂
     */
    public MyThreadFactory(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    @Override
    public Thread newThread(Runnable r) {
        Thread t = new Thread(r);
        t.setName(name + "-" + threadNum.incrementAndGet());
        return t;
    }
}

调用一下看看结果：

输出：

第五问：如何设置线程池的大小？

我们在创建线程池的时候，线程池的大小是值得关注的点，线程池过小的话，在高并发场景下，同一时间有大量的任务请求处理，处理线程不够用，大量的任务堆积在任务队列中，CPU没有得到充分的使用，任务量过大时还可能带来OOM问题；线程池过大的话也会带来问题，大量的线程可能会在同一时间竞争CPU资源，带来频繁的上下文切换，导致相应时间过长，效率低下。

那么如何设置一个比较合适的线程池大小呢？
我们在这里推荐一个公式:最佳线程数 = N（CPU 核心数）∗（1+WT（线程等待时间）/ST（线程计算时间）），其中 WT（线程等待时间）=线程运行总时间 - ST（线程计算时间）。

对于CPU密集型任务来说，WT/ST近似于0，故最佳线程数为N，不过一般情况下为了防止任务异常暂停导致CPU空闲，会多加一个线程，也就是N+1。

对于IO密集型任务来说，大部分时间都在做IO处理工作，线程几乎都在等待，这时WT/ST会很大，上述公式就会算出一个很大的线程数，但为了避免线程过多带来上下文切换问题，建议最佳线程数为2N。

第六问：线程池的常见参数有哪些？

在线程池中我们常见的参数如下：

• corePoolSize：线程池中用来工作的核心线程数量，也可理解为线程池保有的最小线程数；
• maximumPoolSize：最大线程数，线程池允许创建的最大线程数；
• keepAliveTime：超出 corePoolSize 后创建的线程存活时间或者是所有线程最大存活时间，一个线程如果在一段时间内，都没有执行任务，说明很闲，keepAliveTime 和 unit 就是用来定义这个“一段时间”的参数。也就是说，如果一个线程空闲了keepAliveTime & unit这么久，而且线程池的线程数大于 corePoolSize ，那么这个空闲的线程就要被回收了；
• unit：keepAliveTime 的时间单位；
• workQueue：任务队列，是一个阻塞队列，当线程数达到核心线程数后，会将任务存储在阻塞队列中；
• threadFactory：线程池内部创建线程所用的工厂，可以自定义如何创建线程，如给线程指定name。
• handler：自定义任务的拒绝策略。线程池中所有线程都在忙碌，且任务队列已满，线程池就会拒绝接收再提交的任务（后面的问题中会详细讲）。

除了在构造线程池时进行参数的初始化配置，在ThreadPoolExecutor中还提供了参数动态配置的方法：

第七问：说一说线程池的5种状态？

在ThreadPoolExecutor的源码中定义了5个常量，用来标识线程池在整个任务处理周期中的状态。

1. RUNNING： 线程池一旦被创建，就处于 RUNNING 状态，任务数为 0，能够接收新任务，对已排队的任务进行处理。

2. SHUTDOWN： 不接收新任务，但能处理已排队的任务。调用线程池的 shutdown() 方法，线程池由 RUNNING 转变为 SHUTDOWN 状态。

3. STOP： 不接收新任务，不处理已排队的任务，并且会中断正在处理的任务。调用线程池的 shutdownNow() 方法，线程池由(RUNNING 或 SHUTDOWN ) 转变为 STOP 状态。

4. TIDYING：
   1）SHUTDOWN 状态下，任务数为 0， 其他所有任务已终止，线程池会变为 TIDYING 状态。

   2）线程池在 SHUTDOWN 状态，任务队列为空且执行中任务为空，线程池就会由 SHUTDOWN 转变为 TIDYING 状态。

   3）线程池在 STOP 状态，线程池中执行中任务为空时，就会由 STOP 转变为 TIDYING 状态。

5. TERMINATED： 线程池彻底终止。线程池在 TIDYING 状态执行完 terminated() 方法就会由 TIDYING 转变为 TERMINATED 状态。

具体的状态转换可见下图：

第八问：请你说一说线程池的运行原理（重要）？

上面聊了那么多，我们应该对于线程池的作用有了一个大致的了解，现在来看一下它整个生命周期内是如何运行的。（以ThreadPoolExceutor为例）

1、刚new出来的线程池里默认是没有线程的，只有一个传入的阻塞队列；

2、当我们执行execute提交一个方法后，会判断当前线程池中线程数是否小于核心线程数（corePoolSize），如果小于，那么就直接通过 ThreadFactory 创建一个线程来执行这个任务，当任务执行完之后，线程不会退出，而是会去阻塞队列中获取任务；

3、如果当前运行的线程数等于或大于核心线程数，但是小于最大线程数，那么就把该任务放入到任务队列里等待执行。

4、如果向任务队列投放任务失败（任务队列已经满了），但是当前运行的线程数是小于最大线程数的，就新建一个线程来执行任务。

5、如果当前运行的线程数已经等同于最大线程数了，新建线程将会使当前运行的线程超出最大线程数，那么当前任务会被拒绝，调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法。

我们跟入到execute方法的源码中，去看看它是如何实现的。

这段源码里通过workerCountOf()来计算当前工作线程数，通过addWorker()来添加线程执行任务，通过reject()来拒绝任务。

第九问：线程池的拒绝策略有哪些？

上面的多个问题中都有提及线程池的拒绝策略，当线程池中所有线程都在忙碌，且任务队列已满，线程池就会拒绝接收再提交的任务，合理的配置拒绝策略对于一个线程池来说至关重要！

在JDK中提供了RejectedExecutionHandler接口的4种实现作为我们构建线程池传参使用：

1. AbortPolicy：默认的拒绝策略，丢弃任务并抛出throws RejectedExecutionException；
2. CallerRunsPolicy：由提交任务的线程自己去执行该任务；
3. DiscardPolicy：直接丢弃任务，不抛出任何异常；
4. DiscardOldestPolicy：从队列中剔除最先进入队列的任务，然后再次提交任务。

除了这4种拒绝策略之外，我们也可以自己实现RejectedExecutionHandler接口，设计自己需要的拒绝方式哈。

第十问：如果不允许丢弃任务，应该选什么拒绝策略？

根绝上一问中描述的几种拒绝策略的特点，在这里我们果断选择CallerRunsPolicy，直接在调用execute方法的线程中运行被拒绝的任务，如果执行程序已关闭，则会丢弃该任务。

但这种策略会存在问题，如果我们抛给主线程的任务很耗时的话，会严重影响其他任务的提交速度，影响程序的整体性能，一般情况下不建议使用。

第十一问：线程池中的线程如何实现复用的？

我们知道线程池的核心功能就是实现线程的重复利用，那么线程池是如何实现线程的复用呢？
我们在上面的第八问中知道了线程池通过addWorker()方法添加任务，而在这个方法的底层会将任务和线程一起封装到一个Worker对象中，Worker 继承了 AQS，也就是具有一定锁的特性。

然后Worker中有一个run方法，执行时会去调用runWorker()方法来执行任务，我们来看一下这个方法的源码：

final void runWorker(Worker w) {
    // 获取当前工作线程
    Thread wt = Thread.currentThread();
    
    // 从 Worker 中取出第一个任务
    Runnable task = w.firstTask;
    w.firstTask = null;
    
    // 解锁 Worker（允许中断）
    w.unlock(); 
    
    boolean completedAbruptly = true;
    try {
        // 当有任务需要执行或者能够从任务队列中获取到任务时，工作线程就会持续运行
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {
            // 锁定 Worker，确保在执行任务期间不会被其他线程干扰
            w.lock();
            
            // 如果线程池正在停止，并确保线程已经中断
            // 如果线程没有中断并且线程池已经达到停止状态，中断线程
            if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                 (Thread.interrupted() &&
                  runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                !wt.isInterrupted())
                wt.interrupt();
            
            try {
                // 在执行任务之前，可以插入一些自定义的操作
                beforeExecute(wt, task);
                
                Throwable thrown = null;
                try {
                    // 实际执行任务
                    task.run();
                } catch (RuntimeException x) {
                    thrown = x; throw x;
                } catch (Error x) {
                    thrown = x; throw x;
                } catch (Throwable x) {
                    thrown = x; throw new Error(x);
                } finally {
                    // 执行任务后，可以插入一些自定义的操作
                    afterExecute(task, thrown);
                }
            } finally {
                // 清空任务，并更新完成任务的计数
                task = null;
                w.completedTasks++;
                // 解锁 Worker
                w.unlock();
            }
        }
        completedAbruptly = false;
    } finally {
        // 工作线程退出的后续处理
        processWorkerExit(w, completedAbruptly);
    }
}

在这段源码中我们看到了线程被复用的原因了，就是这个while的循环，当有任务需要执行或者能够从任务队列中获取到任务时，工作线程就会持续运行；如果从 getTask 获取不到方法的话，就会调用 finally 中的 processWorkerExit 方法，将线程退出。

第十二问：线程池中的线程是如何获取任务的？

线程获取任务的操作，在上一问中已经可以窥见了，就是这个getTask()方法

整个源码中的核心代码是workQueue的poll与take方法的选择问题，当timed为true时，则采用poll()方法获取队列中的头部任务，参数keepAliveTime也就是构造线程池时传入的空闲时间，这个方法的意思就是从队列中阻塞 keepAliveTime 时间来获取任务，获取不到就会返回 null，否则采用take(）无线期等待获取任务，知道获取到。

而这里的通过 boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;这句也给timed赋值，要么将allowCoreThreadTimeOut 设置为true，或者工作线程数大于核心线程数时，可以设置超时时间的去获取任务。

第十三问：线程池常用的阻塞队列有哪些？

在Executors中不同的创建线程池方法中采用了不同的阻塞队列，在此通过源码中的使用情况，汇总一下这些队列以及特点：

第十四问：线程池中的线程异常后，是销毁还是复用呢？

对于这个问题我们要分两种情况去分析，第一种是通过 execute() 提交任务时，在执行过程中抛出异常，且没有在任务内被捕获，当前线程会因此终止，异常信息会记录在日志或控制台中，并且线程池会移除异常线程，重新创建一个线程补上去。

我们在第十一问中讨论线程复用时，去分析过runWorker的源码，在源码的最后有个finally中调用了processWorkerExit方法，我们跟入进去后会发现，当任务执行抛出异常后，当前工作线程和任务均被移除，并创建新的线程。

第二种通过submit()提交任务时，如果在任务执行中发生异常，这个异常不会直接打印出来。相反，异常会被封装在由submit()返回的Future对象中。当调用Future.get()方法时，可以捕获到一个ExecutionException。在这种情况下，线程不会因为异常而终止，它会继续存在于线程池中，准备执行后续的任务。

我们通过submit()的底层源码发现，其实它的内部封装的是execute方法，只不过它的任务被放在了RunnableFuture对象里。

 
	public Future<?> submit(Runnable task) {
 
	if (task == null) throw new NullPointerException();
 
	RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
 
	execute(ftask);
 
	return ftask;
 
	}

根据上一种方法的解释，我们知道execute方法会抛出异常终止线程的，为什么submit中不会呢，猫腻肯定在RunnableFuture里，经过一顿跟踪发现（图片来源：京东技术），这个Future中实现的run方法，对异常进行了捕获，所以并不会往上抛出，也就不会移除异常线程以及新建线程了。

第十五问：如何对线程池进行监控？

为了更好的检测线程池的运行情况，以及出现问题时的快速定位，ThreadPoolExecutor中提供了一些方法来获取线程池的运行状态：

1. getCompletedTaskCount：获取已经执行完成的任务数量；
2. getLargestPoolSize：获取线程池里曾经创建过的最大的线程数量。这个主要是用来判断线程是否满过；
3. getActiveCount：获取正在执行任务的线程数据；
4. getPoolSize：获取当前线程池中线程数量的大小。

除此之外，还有不少的方法就不一一列举了，看图！

这里补充一点，其实细心的小伙伴应该也已经发现了，在第十一问，里runWorker源码中，在执行任务之前会回调 beforeExecute 方法，执行任务之后会回调 afterExecute 方法，而这些方法默认都是空实现，这为我们提供了重新实现的空间！

第十六问：如何合理的关闭一个线程池？

在JDK 1.8 中，线程池的停止一般使用 shutdown()、shutdownNow()这两种方法。

方法一： shutdown()

在shutdown的源码中，会启动一次顺序关闭，在这次关闭中，执行器不再接受新任务，但会继续处理队列中的已存在任务，当所有任务都完成后，线程池中的线程会逐渐退出。

方法二： shutdown()

与shutdown不同的是shutdownNow会尝试终止所有的正在执行的任务，清空队列，停止失败会抛出异常，并且返回未被执行的任务列表。

第十七问：说一说线程池的应用场景？

我们在真正的java开发过程中，会经常使用到多线程场景，特别是并发量较大的系统中，我们不可能通过频繁的创建与切换线程来处理大量任务，因此，线程池无疑是一个很好的选择，既可管理任务，又能高效利用线程，诸如多请求的WEB服务器、并行计算、异步处理等场景下，使用线程池可达到事半功倍的效果！

我们这里以并行计算为例，写一个小demo感受一下哈

输出：

通过输出我们看到，我们重命名了线程池，且不同的线程都执行完成了这个计算任务，并输出正确的结果。

第十八问：请你设计一个根据任务优先级执行的线程池？

为了考察面试者对于线程池的掌握程度，很多面试官可能会让你设计一个线程池，比如：请你设计一个根据任务优先级执行的线程池

拿到这样的问题后，我们结合自己的所学冷静分析，首先，我们的任务存储在哪里？在构造线程池会传入一个阻塞队列，作为我们任务存放的容器，在所有的队列中有一个优先级队列：PriorityBlockingQueue ，它的底层是通过小顶堆形式实现，即值最小的元素优先出队。

在选好任务队列后，我们要在队列中对任务进行排序，这个排序规则需要和面试官进一步沟通，但排序的实现可以使用2种方式。

1. 创建 PriorityBlockingQueue 时传入一个 Comparator 对象来指定任务之间的排序规则（比如众多异步运算任务中，按照乘法、除法、减法、加法的顺序优先执行任务）；
2. 或者对提交的任务实现Comparable 接口，并重写 compareTo 方法来指定任务之间的优先级比较规则。

总结

OK，以上就是基于线程池的知识点以及众多大厂面试经验进行的梳理汇总，总共以十八问的方式呈现给大家，里面也许有很多不足，感谢小伙伴们指正哈，对了还有一部分注意事项，考虑到本文篇幅问题，准备在后面的博文中在继续增补吧！