JAVA后端开发面试基础知识（七）——多线程

1. 线程池原理

• 优点

  • 降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
  • 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，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。

• ThreadPoolExecutor的核心参数

  • corePoolSize：线程池核心线程数量
  • maximumPoolSize：线程池最大线程数量
  • keepAliverTime：当活跃线程数大于核心线程数时，空闲的多余线程最大存活时间
  • unit：存活时间的单位
  • workQueue：存放任务的队列
  • handler：超出线程范围和队列容量的任务的处理程序

• 线程处理流程

  1. 当线程池中线程数量小于 corePoolSize 则创建线程，并处理请求。
  2. 当线程池中线程数量大于等于 corePoolSize 时，则把请求放入 workQueue 中,随着线程池中的核心线程们不断执行任务，只要线程池中有空闲的核心线程，线程池就从 workQueue 中取任务并处理。
  3. 当 workQueue 已存满，放不下新任务时则新建非核心线程入池，并处理请求直到线程数目达到 maximumPoolSize(最大线程数量设置值)。
  4. 如果线程池中线程数大于 maximumPoolSize 则使用 RejectedExecutionHandler 来进行任务拒绝处理。

  ThreadPoolExecutor的execute()方法

  addIfUnderCorePoolSize(command)

• 饱和策略RejetedExecutionHandler

  • AbortPolicy：直接抛出异常
  • CallerRunsPolicy：只用调用所在的线程运行任务
  • DiscardOldestPolicy：抛弃线程池中工作队列头部的任务(即等待时间最久的任务)， 并执行新传入的任务。
  • DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。

• 线程池类型

  • SingleThreadExecutor：单线程线程池

    里面的核心线程数和线程数都是1，并且工作队列使用的是无界队列。由于是单线程工作，每次只能处理一个任务，所以后面所有的任务都被阻塞在工作队列中，只能一个个任务执行。

  • FixedThreadExecutor：固定大小线程池

    LinkedBlockingQuene，这个队列是无界的，若消费不过来，会导致内存被任务队列占满，最终oom

  • CachedThreadPool：无界线程池

    无界线程池意味着没有工作队列，任务进来就执行，线程数量不够就创建，与前面两个的区别是：空闲的线程会被回收掉，空闲的时间是60s。这个适用于执行很多短期异步的小程序或者负载较轻的服务器。

    初始化一个可以缓存线程的线程池，默认缓存60s，线程池的线程数可达到Integer.MAX_VALUE， 即2147483647，内部使用SynchronousQueue作为阻塞队列；和newFixedThreadPool创建的线程池不同，newCachedThreadPool在没有任务执行时，当线程的空闲时间超过keepAliveTime， 会自动释放线程资源，当提交新任务时，如果没有空闲线程，则创建新线程执行任务，会导致一定 的系统开销，因为线程池的最大值了Integer.MAX_VALUE，会导致无限创建线程；所以，使用该线程池时，一定要注意控制并发的任务数，否则创建大量的线程会导致严重的性能问题。

  • newScheduledThreadPool

    创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。

• 创建线程的几种方法

  • ThreadPoolExecutor
  • ThreadScheduledExecutor
  • ForkJoinPool

• 线程池大小设置

  • CPU密集型

    • 尽量使用较小的线程池，一般Cpu核心数+1

      因为CPU密集型任务CPU的使用率很高，若开过多的线程，只能增加线程上下文的切换次数，带来额外的开销

  • IO密集型

    • 可以使用较大的线程池，一般CPU核心数 * 2

      IO密集型CPU使用率不高，可以让CPU等待IO的时候处理别的任务，充分利用cpu时间

    • 线程等待时间所占比例越高，需要越多线程。线程CPU时间所占比例越高，需要越少线程。

      下面举个例子: 比如平均每个线程CPU运行时间为0.5s，而线程等待时间(非CPU运行时间，比如IO)为1.5s，CPU核 心数为8，那么根据上面这个公式估算得到:((0.5+1.5)/0.5)*8=32。这个公式进一步转化为:

  最佳线程数目=(线程等待时间与线程CPU时间之比+ 1)CPU数目

  • 混合型

    • 可以将任务分为CPU密集型和IO密集型，然后分别使用不同的线程池去处理，按情况而定

• 风险

  • 死锁
  • 资源不足
  • 并发错误
  • 线程泄漏
  • 请求过载

2. Callable、Future、FutureTask

• Cabllable
• Future
  • future.get方法会阻塞当前线程， 直到任务执行完成返回结果为止。
• FutureTask
  • 可取消的异步计算，此类提供了对Future的基本实现，仅在计算完成时才能获取结果，如果计算尚未完 成，则阻塞get方法。
  • FutureTask不仅实现了Future接口，还实现了Runnable接口，所以不仅可以将FutureTask当成一个 任务交给Executor来执行，还可以通过Thread来创建一个线程。
• 三者之间的关系:
  • Callable是Runnable封装的异步运算任务。
  • Future用来保存Callable异步运算的结果
  • FutureTask封装Future的实体类
• Callable与Runnbale的区别
  • Callable定义的方法是call，而Runnable定义的方法是run。
  • call方法有