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面试官一个线程池问题把我问懵逼了。

why技术
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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。

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