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面试题拷问Java线程池
在上篇 Executor与线程池：如何创建正确的线程池？中，介绍了Java线程池是一种生产者-消费者模式，ThreadPoolExecutor的核心参数，以及使用线程池的注意事项。
Java线程池，也是各大公司面试的重点，面试题也是层出不穷。这里梳理了一些“劝退”面试题，看你能够答上来几个。
问题1：为什么使用线程池，而不是直接创建线程？
线程是一个操作系统概念。操作系统负责这个线程的创建、挂起、运行、阻塞和终结操作。
而操作系统创建线程、切换线程状态、终结线程都要进行CPU调度——这是一个耗费时间和系统资源的事情。
线程属于操作系统的资源，使用线程池，预先创建一批线程，进行“池化”管理，减少业务使用线程时耗费的时间。
问题2：既然是使用池化技术，加快Thread创建和销毁的时间，为什么Java线程池的实现不采用常规池化设计？
灵魂发问！如果先不看下文，你能猜想的到吗？
还是先从 常规池化设计 说起，本质上，Java线程池属于池化思想的一个应用，但又不完全是。
使用Java线程池，一个重要目的就是减少Thread创建和销毁的时间，这也是“池化”对象的目的，就像数据库连接池ConnectionPool、Redis连接池JedisPool等，通过“池化”对象，管理复杂对象的创建和回收。
将需要使用对象时，直接从池子中获取一个，用完直接归还即可。
一般意义上的池化资源，都是下面这样实现的：
class XXXPool{// 获取池化资源XXX acquire() {}// 释放池化资源void release(XXX x){}}
使用 XXXPool 也很简单：当你需要资源的时候就调用 acquire() 方法来申请资源，用完之后就调用 release() 释放资源。
若你带着这个固有模型来看并发包里线程池相关的工具类时，会很遗憾地发现它们完全匹配不上，Java 提供的线程池里面压根就没有申请线程和释放线程的方法。
为什么线程池没有采用一般意义上池化资源的设计方法呢？主要是Thread不同于一般的池化对象，且在API设计上不允许。
如果线程池采用一般意义上池化资源的设计方法，应该是下面示例代码这样：
//采用一般意义上池化资源的设计方法class ThreadPool{// 获取空闲线程Thread acquire() {}// 释放线程void release(Thread t){}}//期望的使用ThreadPool pool；Thread T1=pool.acquire();//传入Runnable对象T1.execute(()->{//具体业务逻辑......});
假设我们获取到一个空闲线程 T1，然后该如何使用 T1 呢？你期望的可能是这样：通过调用 T1 的 execute() 方法，传入一个 Runnable 对象来执行具体业务逻辑，就像通过构造函数 Thread(Runnable target) 创建线程一样。可惜的是，你翻遍 Thread 对象的所有方法，都不存在类似 execute(Runnable target) 这样的公共方法。
最终Java线程池，或者说目前业界各编程语言的线程池，普遍采用的都是生产者 - 消费者模式。线程池的使用方是生产者，线程池本身是消费者。
也就是使用方在执行任务时，才按配置数目“产生”线程；产生的线程，在线程池内部被使用。
很多大厂的编码规范都要求必须通过线程池来管理线程。线程池和普通的池化资源有很大不同，线程池实际上是生产者-消费者模式的一种实现，理解生产者-消费者模式是理解线程池的关键所在。
再看JDK实现的线程池，最核心的是 ThreadPoolExecutor，通过名字也能看出来，它强调的是 Executor，而不是一般意义上的池化资源(Pool)。
问题3：线程池ThreadPoolExecutor核心参数
ThreadPoolExecutor 的构造函数非常复杂，如下面代码所示，这个最完备的构造函数有 7 个参数。
ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler)
可以把线程池类比为一个项目组，而线程就是项目组的成员。
corePoolSize：表示线程池保有的最小线程数。有些项目很闲，但是也不能把人都撤了，至少要留 corePoolSize 个人坚守阵地。
maximumPoolSize：表示线程池创建的最大线程数。当项目很忙时，就需要加人，但是也不能无限制地加，最多就加到 maximumPoolSize 个人。当项目闲下来时，就要撤人了，最多能撤到 corePoolSize 个人
keepAliveTime & unit：上面提到项目根据忙闲来增减人员，那在编程世界里，如何定义忙和闲呢？很简单，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。
workQueue：工作队列，和上面示例代码的工作队列同义。
threadFactory：通过这个参数你可以自定义如何创建线程，例如你可以给线程指定一个有意义的名字。
handler：通过这个参数你可以自定义任务的拒绝策略。如果线程池中所有的线程都在忙碌，并且工作队列也满了（前提是工作队列是有界队列），那么此时提交任务，线程池就会拒绝接收。至于拒绝的策略，你可以通过 handler 这个参数来指定。
问题4：线程池的4种拒绝策略
ThreadPoolExecutor 已经提供了以下 4 种策略。
CallerRunsPolicy：提交任务的线程自己去执行该任务。
AbortPolicy：默认的拒绝策略，会 throws RejectedExecutionException。
DiscardPolicy：直接丢弃任务，没有任何异常抛出。
DiscardOldestPolicy：丢弃最老的任务，其实就是把最早进入工作队列的任务丢弃，然后把新任务加入到工作队列。
问题5：线程池有几种状态？
线程池有几种状态，以及是如何转化的，参考 吃透线程池ThreadPoolExecutor源码
问题6：线程池的关闭
问完线程池的状态（线程池生命周期），很可能接着问线程池的关闭，其实我们使用ThreadPoolExecutor，最经常的工作就是线程池的启动和关闭。
线程池的关闭主要是两个方法，shutdown和shutdownNow方法。
shutdown方法会更新状态到SHUTDOWN，不会影响阻塞队列里任务的执行，但是不会执行新进来的任务。同时也会回收闲置的Worker，闲置Worker的定义上面已经说过了。
shutdownNow方法会更新状态到STOP，会影响阻塞队列的任务执行，也不会执行新进来的任务。同时会回收所有的Worker。
ps
上面都是线程池ThreadPoolExecutor的基本使用，关系到ThreadPoolExecutor创建时指定的核心参数、任务拒绝策略，以及线程池的关闭。
下面几个，都是如何更好、更优的使用ThreadPoolExecutor，如何选用、选对合适的线程池，来贴切我们的业务。
问题7：说说几种常见的线程池及使用场景?
几种常用的线程池
newFixedThreadPool (固定数目线程的线程池)
newCachedThreadPool(可缓存线程的线程池)
newSingleThreadExecutor(单线程的线程池)
newScheduledThreadPool(定时及周期执行的线程池)
newFixedThreadPool
核心线程数和最大线程数大小一样
没有所谓的非空闲时间，即keepAliveTime为0
阻塞队列为无界队列LinkedBlockingQueue
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),threadFactory);}
使用场景：FixedThreadPool 适用于处理CPU密集型的任务，确保CPU在长期被工作线程使用的情况下，尽可能的少的分配线程，即适用执行长期的任务。
newCachedThreadPool
核心线程数为0
最大线程数为Integer.MAX_VALUE
阻塞队列是SynchronousQueue
非核心线程空闲存活时间为60秒
public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,60L, TimeUnit.SECONDS,new SynchronousQueue<Runnable>(),threadFactory);}
使用场景：用于并发执行大量短期的小任务。但注意无界队列撑爆内存。
newSingleThreadExecutor
核心线程数为1
最大线程数也为1
阻塞队列是LinkedBlockingQueue
keepAliveTime为0
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {return new FinalizableDelegatedExecutorService(new ThreadPoolExecutor(1, 1,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),threadFactory));}
使用场景：适用于串行执行任务的场景，一个任务一个任务地执行。需要将多个任务强制串行执行的场景，非常有用。
newScheduledThreadPool
最大线程数为Integer.MAX_VALUE
阻塞队列是DelayedWorkQueue
keepAliveTime为0
scheduleAtFixedRate() ：按某种速率周期执行
scheduleWithFixedDelay()：在某个延迟后执行
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,new DelayedWorkQueue());}
使用场景：周期性执行任务的场景，需要限制线程数量的场景。
Executors工具类提供的这四个静态方法，实际工作中，一般都不推荐使用。阿里规范强制使用 ThreadPoolExecutor。
问题8：线程数量如何确定？
CPU密集型 ，线程数=CPU核数+1；
IO 密集型 ，线程数=CPU 核数 * [ 1 +（I/O 耗时 / CPU 耗时）];
实际工作中，我们可能很难按照公式来，或者很难确定IO和CPU耗时比。更合理的方式是通过压测、预估要承受的业务请求数来确定合理线程数。
问题9：你分析过线程池源码吗？
线程池源码的问题，更是层出不穷，如：
提交任务的执行流程；
execute和submit的区别？
如何回收空闲的Worker工作线程？
等等
强烈推荐 吃透线程池ThreadPoolExecutor源码 ，你想要知道的全都有。这里不细展开讲，大概过一下：
提交任务的执行流程：
execute和submit的区别
submit底层就是调用execute()方法。但execute()执行Runnable无返回值，而submit提交Callable有返回值，于是submit内部将callable包装成FutureTask。
如何回收空闲的Worker工作线程
Worker一直getTask() 为空，超过了keepAliveTime 一直没新任务来执行，于是 processWorkerExit来尝试结束自己。推荐的文章里有详解。
本文首发于 公众号 架构道与术(ToBeArchitecturer)，欢迎关注、学习更多干货~