线程池ThreadPoolExecutor 面试看这一篇就够了(全考点覆盖)

面试知识点

阻塞队列的类型，如何选择?

有界队列

• 队列满时会执行拒绝策略，防止任务无限堆积导致的oom
• 适用于需要保证稳定性，资源有限，任务处理速度小于生产速度的场景

无界队列

• 任务可以无限堆积直至内存耗尽
• 适用于任务量可控，且任务处理速度远大于生成速度的场景

此外还有一种特殊的阻塞队列SynchronousQueue，被newCachedThreadPool所采用，没有容量，只有有线程来承接这个任务才会接收下一个任务，一手交钱一手交货

cpu密集型/io密集型如何配置线程池参数

尽量避免在使用线程池时操作ThreadLocal

工作线程的生命周期通常都会超过任务的生命周期

如果任务结束时未清空 ThreadLocal 会导致下一个任务复用线程时读取到上一个任务 存储在线程ThreadLocal 中的脏信息

ThreadPoolExecutor

1.状态

ThreadPoolExecutor 使用 int 的高 3 位来表示线程池状态，低 29 位表示线程数量

这些信息存储在一个原子变量 ctl 中，目的是将线程池状态与线程个数合二为一，这样就可以用一次 cas 原子操作进行赋值

// c 为旧值，ctl0f 返回结果为新值
ctl.compareAndSet(c， ctl0f(targetState， workerCountOf(c)));

// rs 为高 3 位代表线程池状态，wc 为低 29 位代表线程个数，ctl 是合并它们
private static int ctlOf(int rs， int wc) { return rs | wc; }

2.参数

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize，
                         int maximumPoolSize，
                         long keepAliveTime，
                         TimeUnit unit，
                         BlockingQueue<Runnable> workQueue，
                         ThreadFactory threadFactory，
                         RejectedExecutionHandler handler)

• corePoolSize 核心线程数目（最多保留的线程数）
• maximumPoolSize 最大线程数目
• keepAliveTime 生存时间 - 针对救急线程
• unit 时间单位 - 针对救急线程
• workQueue 阻塞队列
• handler 拒绝策略
• threadFactory 线程工厂 - 可以为线程创建时起个好名字

jdk的线程池ThreadPoolExecutor采用了救急线程机制

• 当线程池中的核心线程都在执行且任务队列(前提采用有界队列)已满时，会创建救急线程来执行任务，执行完毕后根据参数配置的销毁时间进行回收
• 只有当核心线程，阻塞队列已满且救急线程也都在运行时才会执行拒绝策略

3.拒绝策略

• AbortPolicy 让调用者抛出 RejectedExecutionException 异常，这是默认策略

• CallerRunsPolicy 让调用者运行任务

• DiscardPolicy 放弃本次任务

• DiscardOldestPolicy 放弃队列中最早的任务，本任务取而代之

• Dubbo 的实现，在抛出 RejectedExecutionException 异常之前会记录日志，并 dump 线程栈信息，方便定位问题

• Tomcat :不会立马抛出异常而是再尝试一次将任务放入阻塞队列，如果还是失败才执行拒绝策略; 类似于自旋锁，多了一次自旋操作

  --> 高并发场景的容错优化: Web请求常出现突发流量，线程池可能瞬间满载。此时直接拒绝会导致大量请求失败，短暂重试可消化部分因线程调度延迟或锁竞争导致的"假性满载"，避免误杀请求

4.常用线程池工厂

newFixedThreadPool

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads， nThreads，
                                  0L， TimeUnit.MILLISECONDS，
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

特点

• 核心线程数 == 最大线程数（没有救急线程被创建），因此也无需超时时间
• 阻塞队列是无界的，可以放任意数量的任务(需要避免任务堆积，防止阻塞队列积攒任务导致 OOM)

评价 适用于任务量已知，相对耗时的任务

newCachedThreadPool

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0， Integer.MAX_VALUE，
                                  60L， TimeUnit.SECONDS，
                                  new SynchronousQueue<Runnable>());
}

特点

• 核心线程数是 0，最大线程数是 Integer.MAX_VALUE，救急线程的空闲生存时间是 60s，意味着全部都是救急线程（60s 后可以回收）
• 救急线程可以无限创建
• 队列采用了 SynchronousQueue 实现特点是，它没有容量，没有线程来取是放不进去的（一手交钱、一手交货）

评价 整个线程池表现为线程数会根据任务量不断增长，没有上限，当任务执行完毕，空闲 1 分钟后释放线程。 适合处理大量短时任务(任务数比较密集，但每个任务执行时间较短)的情况

newSingleThreadExecutor

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
    (new ThreadPoolExecutor(1， 1，
                          0L， TimeUnit.MILLISECONDS，
                          new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

使用场景： 希望多个任务排队执行。线程数固定为 1，任务数多于 1 时，会放入无界队列排队。任务执行完毕，这唯一的线程也不会被释放。

区别：

• 自己创建一个单线程串行执行任务，如果任务执行失败而终止那么没有任何补救措施，而线程池还会新建一个线程，保证池的正常工作
• Executors.newSingleThreadExecutor() 线程个数始终为 1，不能修改
  • FinalizableDelegatedExecutorService 应用的是装饰器模式，只对外暴露了 ExecutorService 接口，因此不能调用 ThreadPoolExecutor 中特有的方法
• Executors.newFixedThreadPool(1) 初始时为 1，以后还可以修改
  • 对外暴露的是 ThreadPoolExecutor 对象，可以强转后调用 setCorePoolSize 等方法进行强行修改

装饰器模式:没有新增逻辑，只是间接调用方法，起到一个对外方法过滤的作用，以实现外部无法调用核心特有方法来保证安全性

例子:

1. 线程池工具类:newSingleThreadExecutor 单例线程池
2. 线程安全集合类中的修饰安全集合类

   • 传入map，返回一个线程安全map，其实内部还是调用原map的方法，只不过每次调用前都多加了一个synchronized

5.提交任务

// 执行任务
void execute(Runnable command);

// 提交任务 task，用返回值 Future 获得任务执行结果
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);

// 提交 tasks 中所有任务
// 适用场景：批量提交任务并等待所有任务完成，收集全部结果。
// 示例: 并行处理多个独立计算（如批量调用API），汇总结果。
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
    throws InterruptedException;

// 提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消
// 适用场景：多个任务解决同一问题，取首个成功结果并取消其余任务。
// 示例：冗余服务调用（如多个镜像源下载，取最快响应）。
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
    throws InterruptedException， ExecutionException;

异常捕获

线程池submit()执行中的异常默认不会被处理，有以下两种处理方案

1. 代码中通过try{}catch{}主动处理异常
   • 捕获异常后log打印日志记录
2. Future+Callable的形式接收执行结果
   • future的get()如果正常执行则获取到返回值
   • 如果执行中出现异常get()获取到到的就是异常信息