面试官一个线程池问题把我问懵逼了。

Posted 2021-08-21 why技术

这是why的第 98 篇原创文章

前几天，有个朋友在微信上找我。他问：why哥，在吗？

我说：发生肾么事了？

他啪的一下就提了一个问题啊，很快。

我大意了，随意瞅了一眼，这题不是很简单吗？

结果没想到里面还隐藏着一篇文章。

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：

• 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，都处于 waiting 状态。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，我做了微调，你直接粘出去就能跑起来。

show me 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。

为什么是轮询？

我们通过 Demo 验证了上面场景中，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。

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。

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。

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？等着我给你讲呢？

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。

先欠着，欠着。

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？

目前是不知道的，但是这个需求，加钱就可以实现。

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

才疏学浅，难免会有纰漏，如果你发现了错误的地方，可以在后台提出来，我对其加以修改。

感谢您的阅读，我坚持原创，十分欢迎并感谢您的关注。