面试官一个线程池问题把我问懵逼了
共 9526字，需浏览 20分钟
·
2021-05-14 04:56
故事，得从这个问题说起：
上面的图中的线程池配置是这样的：
ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(40, 80, 1, TimeUnit.MINUTES,
new LinkedBlockingQueue<>(100),
new DefaultThreadFactory("test"),
new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
上面这个线程池里面的参数、执行流程啥的我就不再解释了。
毕竟我曾经在《一人血书，想让why哥讲一下这道面试题。》这篇文章里面发过毒誓的，再说就是小王吧了：
上面的这个问题其实就是一个非常简单的八股文问题：
非核心线程在什么时候被回收？
如果经过 keepAliveTime 时间后，超过核心线程数的线程还没有接受到新的任务，就会被回收。
标准答案，完全没毛病。
那么我现在带入一个简单的场景，为了简单直观，我们把线程池相关的参数调整一下：
ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(2, 3, 30, TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<>(2),
new DefaultThreadFactory("test"),
new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
那么问题来了：
这个线程最多能容纳的任务是不是 5 个？ 假设任务需要执行 1 秒钟，那么我直接循环里面提交 5 个任务到线程池，肯定是在 1 秒钟之内提交完成，那么当前线程池的活跃线程是不是就是 3 个？ 如果接下来的 30 秒，没有任务提交过来。那么 30 秒之后，当前线程池的活跃线程是不是就是 2 个？
上面这三个问题的答案都是肯定的，如果你搞不明白为什么，那么我建议你先赶紧去补充一下线程池相关的知识点，下面的内容你强行看下去肯定是一脸懵逼的。
接下来的问题是这样的，请听题：
如果当前线程池的活跃线程是 3 个（2 个核心线程+ 1 个非核心线程），但是它们各自的任务都执行完成了。然后我每隔 3 秒往线程池里面扔一个耗时 1 秒的任务。那么 30 秒之后，活跃线程数是多少？
先说答案：还是 3 个。
从我个人正常的思维，是这样的：核心线程是空闲的，每隔 3 秒扔一个耗时 1 秒的任务过来，所以仅需要一个核心线程就完全处理的过来。
那么，30 秒内，超过核心线程的那一个线程一直处于等待状态，所以 30 秒之后，就被回收了。
但是上面仅仅是我的主观认为，而实际情况呢？
30 秒之后，超过核心线程的线程并不会被回收，活跃线程还是 3 个。
到这里，如果你知道是 3 个，且知道为什么是 3 个，即了解为什么非核心线程并没有被回收，那么接下里的内容应该就是你已经掌握的了。
可以不看，拉到最后，点个赞，去忙自己的事情吧。
如果你不知道，可以接着看，了解一下为什么是 3 个。
虽然我相信没有面试官会问这样的问题，但是对于你去理解线程池，是有帮助的。
先上 Demo
基于我前面说的这个场景，码出代码如下：
public class ThreadTest {
@Test
public void test() throws InterruptedException {
ThreadPoolExecutor executorService = new ThreadPoolExecutor(2, 3, 30, TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<>(2), new DefaultThreadFactory("test"),
new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
//每隔两秒打印线程池的信息
ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(1);
scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(() -> {
System.out.println("=====================================thread-pool-info:" + new Date() + "=====================================");
System.out.println("CorePoolSize:" + executorService.getCorePoolSize());
System.out.println("PoolSize:" + executorService.getPoolSize());
System.out.println("ActiveCount:" + executorService.getActiveCount());
System.out.println("KeepAliveTime:" + executorService.getKeepAliveTime(TimeUnit.SECONDS));
System.out.println("QueueSize:" + executorService.getQueue().size());
}, 0, 2, TimeUnit.SECONDS);
try {
//同时提交5个任务,模拟达到最大线程数
for (int i = 0; i < 5; i++) {
executorService.execute(new Task());
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
//休眠10秒，打印日志，观察线程池状态
Thread.sleep(10000);
//每隔3秒提交一个任务
while (true) {
Thread.sleep(3000);
executorService.submit(new Task());
}
}
static class Task implements Runnable {
@Override
public void run(){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread() + "-执行任务");
}
}
}
这份代码也是提问的哥们给我的，我做了细微的调整，你直接粘出去就能跑起来。
show code，no bb。这才是相互探讨的正确姿势。
这个程序的运行结果是这样的：
一共五个任务，线程池的运行情况是什么样的呢？
先看标号为 ① 的地方：
三个线程都在执行任务，然后 2 号线程和 1 号线程率先完成了任务，接着把队列里面的两个任务拿出来执行（标号为 ② 的地方）。
按照程序，接下来，每隔 3 秒就有一个耗时 1 秒的任务过来。而此时线程池里面的三个活跃线程都是空闲状态。
那么问题就来了：
该选择哪个线程来执行这个任务呢？是随机选一个吗？
虽然接下来的程序还没有执行，但是基于前面的截图，我现在就可以告诉你，接下来的任务，线程执行顺序为：
Thread[test-1-3,5,main]-执行任务 Thread[test-1-2,5,main]-执行任务 Thread[test-1-1,5,main]-执行任务 Thread[test-1-3,5,main]-执行任务 Thread[test-1-2,5,main]-执行任务 Thread[test-1-1,5,main]-执行任务 ......
即在我们的案例中，虽然线程都是空闲的，但是当任务来的时候不是随机调用的，而是轮询。
由于是轮询，每三秒执行一次，所以非核心线程的空闲时间最多也就是 9 秒，不会超过 30 秒，所以一直不会被回收。
基于这个 Demo，我们就从表象上回答了，为什么活跃线程数一直为 3。
这个地方就和我的认知有点出入了，于是我稍微的研究了一下为什么是轮询。
为什么是轮询？
我们通过 Demo 验证了在上面场景中线程执行顺序为轮询。
那么为什么呢？
这只是通过日志得出的表象呀，内部原理呢？对应的代码呢？
这一小节带大家看一下到底是怎么回事。
首先我看到这个表象的时候我就猜测：这三个线程肯定是在某个地方被某个队列存起来了，基于此，才能实现轮询调用。
所以，我一直在找这个队列，一直没有找到对应的代码，我还有点着急了。想着不会是在操作系统层面控制的吧？
后来我冷静下来，觉得不太可能。于是电光火石之间，我想到了，要不先 Dump 一下线程，看看它们都在干啥：
Dump 之后，这玩意我眼熟啊，AQS 的等待队列啊。
先说明一下：由于本文只是带着你去找答案在源码的什么地方，不对源码进行解读。所以我默认你是对 AQS 是有一定的了解的。
接着根据堆栈信息，我们可以定位到这里的源码：
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject#awaitNanos
看到这里的时候，我才一下恍然大悟了起来。
害，是自己想的太多了。
说穿了，这其实就是个生产者-消费者的问题啊。
三个线程就是三个消费者，现在没有任务需要处理，它们就等着生产者生产任务，然后通知它们准备消费。
可以看到 addConditionWaiter 方法其实就是在操作我们要找的那个队列，学名叫做等待队列。
Debug 一下，看看队列里面的情况：
巧了嘛，这不是。顺序刚好是：
Thread[test-1-3,5,main] Thread[test-1-2,5,main] Thread[test-1-1,5,main]
消费者这边我们大概摸清楚了，接着去看看生产者。
java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor#execute
线程池是在这里把任务放到队列里面去的。
而这个方法里面的源码是这样的：
其中signalNotEmpty() 最终会走到 doSignal 方法，而该方法里面会调用 transferForSignal 方法。
这个方法里面会调用 LockSupport.unpark(node.thred) 方法，唤醒线程：
而唤醒的顺序，就是等待队列里面的顺序：
所以，现在你知道当一个任务来了之后，这个任务该由线程池里面的哪个线程执行，这个不是随机的，也不是随便来的。
是讲究一个顺序的。
什么顺序呢？
Condition 里面的等待队列里面的顺序。
什么，你不太懂 Condition？
那还不赶紧去学？
本来我是想写一下的，后来发现《Java并发编程的艺术》一书中的 5.6.2 小节已经写的挺清楚了，图文并茂。这部分内容其实也是面试的时候的高频考点，所以自己去看看就好了。
我就把我写的这部分内容删除了，先就不赘述了吧。
非核心线程怎么回收？
还是上面的例子，假设非核心线程就空闲了超过 30 秒，那么它是怎么被回收的呢？
这个也是一个比较热门的面试题。
这题没有什么高深的地方，答案就藏在源码的这个地方：
java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor#getTask
当 timed 参数为 true 的时候，会执行 workQueue.poll(keepAliveTime,TimeUnit.NANOSECONDS) 方法。
而 timed 什么时候为 true 呢？
boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
allowCoreThreadTimeOut 默认为 false。
所以，就是看 wc > corePoolSize 条件，wc 是活跃线程数。此时活跃线程数为 3 ，大于核心线程数 2。
因此 timed 为 true。
也就是说，当前 workQueue 为空的时候，现在三个线程都阻塞 workQueue.poll 方法中。
而当指定时间后，workQueue 还是为空，则返回为 null。
于是在 1077 行把 timeOut 修改为 true。
进入一下次循环，返回 null。
最终会执行到这个方法：
java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor#processWorkerExit
而这个方法里面会执行 remove 的操作。
于是线程就被回收了。
所以当超过指定时间后，线程会被回收。
那么被回收的这个线程是核心线程还是非核心线程呢？
不知道。
因为在线程池里面，核心线程和非核心线程仅仅是一个概念而已，其实拿着一个线程，我们并不能知道它是核心线程还是非核心线程。
这个地方就是一个证明，因为当工作线程多余核心线程数之后，所有的线程都在 poll，也就是说所有的线程都有可能被回收：
另外一个强有力的证明就是 addWorker 这里：
core 参数仅仅是控制取 corePoolSize 还是 maximumPoolSize。
所以，这个问题你说怎么回答：
JDK 区分的方式就是不区分。
那么我们可以知道吗？
可以，比如通过观察日志，前面的案例中，我就知道这两个是核心线程，因为它们最先创建：
Thread[test-1-1,5,main]-执行任务 Thread[test-1-2,5,main]-执行任务
在程序里面怎么知道呢？
这个就比较难了，其实我觉得这个信息并不重要吧？
什么，你加钱？
加钱，加钱可以实现。
自己扩展一下线程池嘛，给线程池里面的线程打个标还不是一件很简单的事情吗？
只是你想想，你区分这玩意干啥，有没有可落地的需求？
毕竟，脱离需求谈实现。都是耍流氓。
最后说一句
好了，看到了这里安排个“一键三连”（转发、在看、点赞）吧！
转发、点赞、在看、一键三连。
