Java 面试笔记 | Java 基础：线程池

前言

在日常的工作学习生活中，用一种好的方法去学习，可以更加有效，比如费曼学习法：将学到的知识用自己的组织的语言表达出来，如果能够清晰明白的向别人解释清楚，那么就说明你是真的懂了，学会了。如果不能够很好的表述出来，或者被别人问倒了，那说明有不懂的细节存在，需要再次对所学的知识进行巩固。所以在平时学习的时候，可以多与别人交流，将所学的知识讲述给别人听，当没有太多人可以交流的时候，也可以通过向自己提问题的方式，看看自己能否真正的回答好这些问题，或者通过写文章，将所学的知识用自己的话写出来，这也是检验自己学习成果的一种方法。发现自己过去存在的一个比较差的习惯，在学习相关知识时，只以摘抄式的方式记笔记，而缺少复盘，没有融入自己的思考，浮于表面，当做题或者面试时接受别人的提问时，问题立马就出现了，自己没法解决这些问题，在短时间内没能很好的解释这个知识点，心里只有一些相对模糊的概念。所以什么才是真正的懂得？那就是需要看清事物与问题的本质，将所学真正的知识进行内化。在准备面试的时候也是一样，可以从不同的角度多问自己几个问题，明白了底层的逻辑和原理，记忆起来也会更加简单。这篇文章会介绍线程池相关的一些知识，从以下几个方面进行探讨：

为什么要使用线程池（线程池解决了什么问题）
JDK中线程池的设计思想，运行流程
深入了解底层源码的一些实现细节

理解线程池所要解决的问题

说到多线程，常常就与处理多个任务相关联，所以从多线程的使用场景说起，更深的层次还要理解什么是进程、线程和线程。

计算机如何同时处理多个任务？

计算机如何在同一时间处理多个任务呢？在 Java 当中，可以通过创建多个线程实现。系统为每个任务都创建一个线程，将不同的任务交由不同的线程进行处理，这样就实现了同一时间处理多个任务，相当于把不同的任务分配给不同的人来处理解决。

线程池的概念？主要用于解决什么问题？

线程池主要用于解决线程复用的问题。如果为每个任务都分配一个线程来处理，那么当任务量很大时，就需要创建大量的线程来处理这些任务。这种方案的问题是：一方面，系统是没办法无限制的创建线程的，操作系统能够创建的线程的数量是有最大值限制的，另一方面，如果任务时多时少，那么就需要频繁的创建和销毁线程；而创建、销毁都是需要一定的系统开销的。所以就有了线程池，大致的思想如下：系统事先创建好一定数量的线程，放到一个池子里面，当一个任务过来，就从池子里拿出一个线程来处理这个任务，处理完后，在将线程放回池子当中。如果任务太多，池子里已经没有空闲的线程来处理这些任务了，就将这些没办法即时处理的任务放入到一个等待队列当中，等池子里有空闲的线程了，再从队列中取出任务进行处理，这样就实现了线程的复用，避免频繁创建和销毁线程所带来的系统开销。具体的设计思想与上面的所说的有所偏差，我们来看看 JDK 当中是如何设计和实现一个线程池的。

说说 JDK 中线程池的设计思想与运行流程？

ThreadPoolExecutor 是 JDK 中线程池的实现类，顶层接口 Executor 定义了一个执行任务的抽象方法，ExecutorService 接口在 Executor 接口的基础上，规范了线程池需要有的一些功能：比如关闭线程池（关闭后线程池不能再接收新的任务）、线程池的状态（是否关闭）、提交异步任务等。

问题：1、线程池是怎么定义的，线程是如何存储在池子当中的？

JDK 当中定义了一个集合HashSet<Worker> 用来维护被创建出来的线程对象。

线程池状态（ rs） ：标记线程池的状态，根据状态量来控制线程池应该做什么。

活跃线程数（wc） ：标识现在池子里的活跃线程数，以此判断要创建核心线程还是非核心线程。

JDK 中用一个 Integer 变量（ctl）来保存线程池状态和活跃线程数。通过对这个变量的与、或、非等计算，可以计算我们想要的一些数据，如通过：runStateOf 方法获取当前线程池的状态、workerCountOf 方法获取活跃线程数。阻塞队列通过workQueue.offer(command) 往任务队列当中添加任务，如果队列满了，任务无法添加到对垒当中，会返 false

解释一下 JDK 线程池的构造函数参数？这些参数的作用？
- 核心线程数：核心线程&非核心线程的概念：核心线程默认情况下会常驻于线程池当中（即使没有执行什么任务），非核心线程如果长时间闲置便会被销毁（相当于临时工，所以后面又有个非核心线程空闲的存活时间，以及存活的时间单位）。
- 最大线程数：核心线程的数量+非核心线程的数量。
- 非核心线程空闲时的存活时间、以及存活的时间单位。
- 任务队列：用来暂存来不及处理的任务，线程池当中没有可以用来处理任务的线程了，那么这时候就会先将任务放入到队列当中，等待有空闲的线程来进行处理。
- 线程池工厂：用来统一管理和创建线程。
- 拒绝处理策略：任务无法进行处理了（任务队列满了，线程达到最大线程数，此时不允许再创建线程来处理任务了），就会执行任务拒绝处理策略。
线程池的运行流程

初始时，线程池的当中的线程是空的，当一个任务过来，交由 execute 方法执行，会判断当前线程池当中的工作线程数是否小于核心线程数，优先去创建核心线程。如果核心线程已满，就会将任务暂存到任务队列当中，如果任务队列也满了，就会去创建非核心线程，如果添加非核心线程失败，就会执行任务拒绝处理策略。这里需要记住非核心线程是在队列满了之后才创建的。

拒绝处理的策略有哪些？

丢弃任务并抛出拒绝处理的异常信息
丢弃新来的任务，但是不抛出异常
丢弃队列头部（最旧的）的任务，然后重新尝试执行程序（如果再次失败，重复此过程）。
直接在调用线程中执行被拒绝的任务

应用到的设计模式

策略接口：RejectedExecutionHandler

具体的拒绝策略：AbortPolicy、DiscardPolicy、DiscardOldestPolicy、CallerRunsPolicy

线程池使用的默认任务拒绝策略是：丢弃任务并抛出拒绝处理的异常信息：

private static final RejectedExecutionHandler defaultHandler = new AbortPolicy();
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
         threadFactory, defaultHandler);