深入多線程面試連環(huán)炮【第二彈】
在這之前的幾篇文章：
1、什么是線程池
線程的創(chuàng)建和銷毀是一個“重”操作，所以我們需要避免線程頻繁地創(chuàng)建與銷毀，因此我們需要緩存一批線程，讓它們時刻準(zhǔn)備著執(zhí)行任務(wù)
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目標(biāo)已經(jīng)很清晰了，弄一個池子，里面存放約定數(shù)量的線程，這就是線程池，一種池化技術(shù)
如果線程數(shù)太少無法充分利用?CPU?，太多的話由于上下文切換的消耗又得不償失，所以我們需要評估系統(tǒng)所要承載的并發(fā)量和所執(zhí)行任務(wù)的特性，得出大致需要多少個線程數(shù)才能充分利用?CPU，因此需要控制線程數(shù)量
多線程技術(shù)主要解決處理器單元內(nèi)多個線程執(zhí)行的問題，它可以顯著減少處理器單元的閑置時間，增加處理器單元的吞吐能力
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假設(shè)一個服務(wù)器完成一項任務(wù)所需時間為：T1 創(chuàng)建線程時間，T2 在線程中執(zhí)行任務(wù)的時間，T3 銷毀線程時間
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如果：T1 + T3 遠(yuǎn)大于 T2，則可以采用線程池，以提高服務(wù)器性能
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線程池技術(shù)正是關(guān)注如何縮短或調(diào)整T1,T3時間的技術(shù)，從而提高服務(wù)器程序性能的。它把T1，T3分別安排在服務(wù)器程序的啟動和結(jié)束的時間段或者一些空閑的時間段，這樣在服務(wù)器程序處理客戶請求時，不會有T1，T3的開銷了
線程池不僅調(diào)整T1,T3產(chǎn)生的時間段，而且它還顯著減少了創(chuàng)建線程的數(shù)目
2、線程池優(yōu)點，為什么要使用線程池
new Thread 缺點
每次new Thread新建對象性能差
線程缺乏統(tǒng)一管理，可能無限制新建線程，相互之間競爭，及可能占用過多系統(tǒng)資源導(dǎo)致死機或oom
缺乏更多功能，如定時執(zhí)行、定期執(zhí)行、線程中斷
為什么要用線程池
減少了創(chuàng)建和銷毀線程的次數(shù)，每個工作線程都可以被重復(fù)利用，可執(zhí)行多個任務(wù)。
可以根據(jù)系統(tǒng)的承受能力，調(diào)整線程池中工作線線程的數(shù)目，防止因為消耗過多的內(nèi)存，而把服務(wù)器累趴下(每個線程需要大約1MB內(nèi)存，線程開的越多，消耗的內(nèi)存也就越大，最后死機)。
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ThreadPool優(yōu)點
減少了創(chuàng)建和銷毀線程的次數(shù)，每個工作線程都可以被重復(fù)利用，可執(zhí)行多個任務(wù)
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可以根據(jù)系統(tǒng)的承受能力，調(diào)整線程池中工作線線程的數(shù)目，防止因為因為消耗過多的內(nèi)存，而把服務(wù)器累趴下(每個線程需要大約1MB內(nèi)存，線程開的越多，消耗的內(nèi)存也就越大，最后死機)
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減少在創(chuàng)建和銷毀線程上所花的時間以及系統(tǒng)資源的開銷
如不使用線程池，有可能造成系統(tǒng)創(chuàng)建大量線程而導(dǎo)致消耗完系統(tǒng)內(nèi)存
3、常用的線程池
第1種是：固定大小線程池，特點是線程數(shù)固定，使用無界隊列，適用于任務(wù)數(shù)量不均勻的場景、對內(nèi)存壓力不敏感，但系統(tǒng)負(fù)載比較敏感的場景
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第2種是：Cached線程池，特點是不限制線程數(shù)，適用于要求低延遲的短期任務(wù)場景
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第3種是：單線程線程池，也就是一個線程的固定線程池，適用于需要異步執(zhí)行但需要保證任務(wù)順序的場景
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第4種是：Scheduled線程池，適用于定期執(zhí)行任務(wù)場景，支持按固定頻率定期執(zhí)行和按固定延時定期執(zhí)行兩種方式
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第5種是：工作竊取線程池，使用的ForkJoinPool，是固定并行度的多任務(wù)隊列，適合任務(wù)執(zhí)行時長不均勻的場景
4、聽說過Executors嗎
Java里面線程池的頂級接口是Executor，但是嚴(yán)格意義上講Executor并不是一個線程池，而只是一個執(zhí)行線程的工具。真正的線程池接口是ExecutorService
Executors是一個工具類，類里面提供了一些靜態(tài)工廠，生成一些常用的線程池
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Executors提供四種線程池
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newCachedThreadPool創(chuàng)建一個可緩存線程池，如果線程池長度超過處理需要，可靈活回收空閑線程，若無可回收，則新建線程
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newFixedThreadPool 創(chuàng)建一個定長線程池，可控制線程最大并發(fā)數(shù)，超出的線程會在隊列中等待
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newScheduledThreadPool 創(chuàng)建一個定長線程池，支持定時及周期性任務(wù)執(zhí)行
newSingleThreadExecutor 創(chuàng)建一個單線程化的線程池，它只會用唯一的工作線程來執(zhí)行任務(wù)，保證所有任務(wù)按照指定順序(FIFO, LIFO, 優(yōu)先級)執(zhí)行
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一般都不用Executors提供的線程創(chuàng)建方式，使用ThreadPoolExecutor創(chuàng)建線程池
5、那你說說為什么阿里巴巴不建議使用Executors靜態(tài)工廠構(gòu)建線程池
在阿里巴巴Java開發(fā)手冊中提到，使用Executors創(chuàng)建線程池可能會導(dǎo)致OOM(OutOfMemory ,內(nèi)存溢出)，真正的導(dǎo)致OOM的其實是LinkedBlockingQueue.offer方法
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底層是通過LinkedBlockingQueue實現(xiàn)的， LinkedBlockingQueue是一個用鏈表實現(xiàn)的有界阻塞隊列，容量可以選擇進(jìn)行設(shè)置，不設(shè)置的話，將是一個無邊界的阻塞隊列，最大長度為Integer.MAX_VALUE
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問題就出在：不設(shè)置的話，將是一個無邊界的阻塞隊列，最大長度為Integer.MAX_VALUE。也就是說，如果我們不設(shè)置LinkedBlockingQueue的容量的話，其默認(rèn)容量將會是Integer.MAX_VALUE
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對于一個無邊界隊列來說，是可以不斷的向隊列中加入任務(wù)的，這種情況下就有可能因為任務(wù)過多而導(dǎo)致內(nèi)存溢出問題
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避免使用Executors創(chuàng)建線程池，主要是避免使用其中的默認(rèn)實現(xiàn)，那么我們可以自己直接調(diào)用ThreadPoolExecutor的構(gòu)造函數(shù)來自己創(chuàng)建線程池。在創(chuàng)建的同時，給BlockQueue指定容量就可以了
6、線程池核心參數(shù)有哪些
第1個參數(shù)：設(shè)置核心線程數(shù)。默認(rèn)情況下核心線程會一直存活
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第2個參數(shù)：設(shè)置最大線程數(shù)。決定線程池最多可以創(chuàng)建的多少線程
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第3個參數(shù)和第4個參數(shù)：用來設(shè)置線程空閑時間，和空閑時間的單位，當(dāng)線程閑置超過空閑時間就會被銷毀?？梢酝ㄟ^AllowCoreThreadTimeOut方法來允許核心線程被回收
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第5個參數(shù)：設(shè)置緩沖隊列，圖中左下方的三個隊列是設(shè)置線程池時常使用的緩沖隊列
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其中Array Blocking Queue是一個有界隊列，就是指隊列有最大容量限制。Linked Blocking Queue是無界隊列，就是隊列不限制容量。最后一個是Synchronous Queue，是一個同步隊列，內(nèi)部沒有緩沖區(qū)
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第6個參數(shù)：設(shè)置線程池工廠方法，線程工廠用來創(chuàng)建新線程，可以用來對線程的一些屬性進(jìn)行定制，例如線程的Group、線程名、優(yōu)先級等。一般使用默認(rèn)工廠類即可
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第7個參數(shù)：設(shè)置線程池滿時的拒絕策略
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ThreadPoolExecutor默認(rèn)有四個拒絕策略：
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() 直接拋出異常RejectedExecutionException，這個是默認(rèn)的拒絕策略
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() 直接在提交失敗時，由提交任務(wù)的線程直接執(zhí)行提交的任務(wù)
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy() 直接丟棄后來的任務(wù)
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy() 丟棄在隊列中最早提交的任務(wù)
7、線程池的工作原理
我們向線程提交任務(wù)時可以使用Execute和Submit，區(qū)別就是Submit可以返回一個Future對象，通過Future對象可以了解任務(wù)執(zhí)行情況，可以取消任務(wù)的執(zhí)行，還可獲取執(zhí)行結(jié)果或執(zhí)行異常。Submit最終也是通過Execute執(zhí)行的
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線程池提交任務(wù)時的執(zhí)行順序如下：
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向線程池提交任務(wù)時，會首先判斷線程池中的線程數(shù)是否大于設(shè)置的核心線程數(shù)，如果不大于，就創(chuàng)建一個核心線程來執(zhí)行任務(wù)
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如果大于核心線程數(shù)，就會判斷緩沖隊列是否滿了，如果沒有滿，則放入隊列，等待線程空閑時執(zhí)行任務(wù)
如果隊列已經(jīng)滿了，則判斷是否達(dá)到了線程池設(shè)置的最大線程數(shù)，如果沒有達(dá)到，就創(chuàng)建新線程來執(zhí)行任務(wù)
如果已經(jīng)達(dá)到了最大線程數(shù)，則執(zhí)行指定的拒絕策略。這里需要注意隊列的判斷與最大線程數(shù)判斷的順序，不要搞反
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如果你提交任務(wù)時，線程池隊列已滿，這時會發(fā)生什么？
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如果你使用的LinkedBlockingQueue，也就是無界隊列的話，沒關(guān)系，繼續(xù)添加任務(wù)到阻塞隊列中等待執(zhí)行，因為LinkedBlockingQueue可以近乎認(rèn)為是一個無窮大的隊列，可以無限存放任務(wù)
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如果你使用的是有界隊列比方說ArrayBlockingQueue的話，任務(wù)首先會被添加到ArrayBlockingQueue中，ArrayBlockingQueue滿了，則會使用拒絕策略RejectedExecutionHandler處理滿了的任務(wù)，默認(rèn)是AbortPolicy
8、高并發(fā)、任務(wù)執(zhí)行時間短的業(yè)務(wù)怎樣使用線程池？并發(fā)不高、任務(wù)執(zhí)行時間長的業(yè)務(wù)怎樣使用線程池？并發(fā)高、業(yè)務(wù)執(zhí)行時間長的業(yè)務(wù)怎樣使用線程池？
高并發(fā)、任務(wù)執(zhí)行時間短的業(yè)務(wù)，線程池線程數(shù)可以設(shè)置為CPU核數(shù)+1，減少線程上下文的切換
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并發(fā)不高、任務(wù)執(zhí)行時間長的業(yè)務(wù)要分情況來討論
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假如是業(yè)務(wù)時間長集中在IO操作上，也就是IO密集型的任務(wù)，因為IO操作并不占用CPU，所以不要讓所有的CPU閑下來，可以加大線程池中的線程數(shù)目，讓CPU處理更多的業(yè)務(wù)
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假如是業(yè)務(wù)時間長集中在計算操作上，也就是計算密集型任務(wù)，這個就沒辦法了，線程數(shù)設(shè)置為CPU核數(shù)+1，線程池中的線程數(shù)設(shè)置得少一些，減少線程上下文的切換
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并發(fā)高、業(yè)務(wù)執(zhí)行時間長，解決這種類型任務(wù)的關(guān)鍵不在于線程池而在于整體架構(gòu)的設(shè)計，看看這些業(yè)務(wù)里面某些數(shù)據(jù)是否能做緩存是第一步，增加服務(wù)器是第二步，至于線程池的設(shè)置，參考上面的設(shè)置即可
最后，業(yè)務(wù)執(zhí)行時間長的問題，也可能需要分析一下，看看能不能使用中間件對任務(wù)進(jìn)行拆分和解耦
9、聽說過ThreadLocal嗎
看我的這一篇介紹
10、簡單介紹下阻塞隊列吧
阻塞隊列是一個在隊列基礎(chǔ)上又支持了兩個附加操作的隊列
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支持阻塞的插入方法：隊列滿時，隊列會阻塞插入元素的線程，直到隊列不滿。支持阻塞的移除方法：隊列空時，獲取元素的線程會等待隊列變?yōu)榉强?/span>
阻塞隊列的應(yīng)用場景
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阻塞隊列常用于生產(chǎn)者和消費者的場景，生產(chǎn)者是向隊列里添加元素的線程，消費者是從隊列里取元素的線程。簡而言之，阻塞隊列是生產(chǎn)者用來存放元素、消費者獲取元素的容器
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1、ArrayBlockingQueue 數(shù)組結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊列
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此隊列按照先進(jìn)先出（FIFO）的原則對元素進(jìn)行排序，但是默認(rèn)情況下不保證線程公平的訪問隊列，即如果隊列滿了，那么被阻塞在外面的線程對隊列訪問的順序是不能保證線程公平（即先阻塞，先插入）的。
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2、LinkedBlockingQueue一個由鏈表結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊列，此隊列按照先出先進(jìn)的原則對元素進(jìn)行排序
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3、PriorityBlockingQueue支持優(yōu)先級的無界阻塞隊列
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4、DelayQueue支持延時獲取元素的無界阻塞隊列，即可以指定多久才能從隊列中獲取當(dāng)前元素
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5、SynchronousQueue不存儲元素的阻塞隊列，每一個put必須等待一個take操作，否則不能繼續(xù)添加元素。并且支持公平訪問隊列。
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6、LinkedTransferQueue由鏈表結(jié)構(gòu)組成的無界阻塞TransferQueue隊列。相對于其他阻塞隊列，多了tryTransfer和transfer方法
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transfer方法
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如果當(dāng)前有消費者正在等待接收元素（take或者待時間限制的poll方法），transfer可以把生產(chǎn)者傳入的元素立刻傳給消費者。如果沒有消費者等待接收元素，則將元素放在隊列的tail節(jié)點，并等到該元素被消費者消費了才返回
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tryTransfer方法
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用來試探生產(chǎn)者傳入的元素能否直接傳給消費者。，如果沒有消費者在等待，則返回false。和上述方法的區(qū)別是該方法無論消費者是否接收，方法立即返回。而transfer方法是必須等到消費者消費了才返回
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7、LinkedBlockingDeque鏈表結(jié)構(gòu)的雙向阻塞隊列，優(yōu)勢在于多線程入隊時，減少一半的競爭
結(jié)束語
感謝大家能夠做我最初的讀者和傳播者，請大家相信，只要你給我一份愛，我終究會還你們一頁情的。
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