[Java知识库]2021秋招最新JAVA面试题|线程池相关题目

JAVA基础篇面试题

1. Callable接口详解

作用：Callable接口详解

优势：

• 可以获得任务执行返回值；
• 通过与Future的结合，可以实现利用Future来跟踪异步计算的结果。

Runnable与Callable的区别

• Callable规定的方法是call(),Runnable规定的方法是run().
• Callable的任务执行后可返回值，而Runnable的任务是不能返回值得
• call方法可以抛出异常，run方法不可以
• 运行Callable任务可以拿到一个Future对象，表示异步计算的结果。它提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并检索计算的结果。通过Future对象可以了解任务执行情况，可取消任务的执行，还可获取执行结果。

2种执行方式:

• 借助FutureTask执行
  • FutureTask类同时实现了两个接口，Future和Runnable接口，所以它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值。
• 借助线程池来运行

2. 介绍下线程池

概念：控制运行的线程的数量，处理过程中将任务放入队列，然后在线程创建后启动这些任务，如果线程数量超过了最大数量，那么将进入阻塞队列中等候。

特点：线程复用，控制最大并发数，管理线程；

优势：

1. 降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁中造成的消耗；
2. 提高响应速度。当任务到达时，任务不需要等待线程创建就能立即执行；
3. 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，会消耗系统资源，降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控；

底层实现：ThreadPoolExecutor使用int的高3位表示线程池状态，低29位表示线程数量。

3. 常见的3种线程池

newFixedThreadPool: 核心线程数=最大线程数，无救急线程。 暴露threadFactory，可以对线程进行创建与修改;

newCacheThreadPool: 核心线程数是0，最大线程数是int最大，意味着全部都是救急线程。救急线程的生命周期是60s。救急线程使用完便会销毁;

newSingleThreadExecutor: 仅有一个核心线程，返回FinalizableDelegatedExecutorService 暴露ThreadPoolExecutor ;

注意：阿里巴巴的开发手册上写到，不允许使用Executors去创建，而是通过ThreadPoolExecutor的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险；

Executors返回的线程池对象弊端如下：

1. FixedThreadPool和SingleThreadPool:

   允许的请求队列长度为整形最大值，可能会堆积大量的请求导致OOM；

2. CachedThreadPool和ScheuledThreadPool:

   允许创建线程数量为整形最大值，可能会创大量的线程，导致OOM;

使用接口：

/**
     * @param corePoolSize 核心线程数量
     * @param maximumPoolSize 线程池允许的最大线程数量
     * @param keepAliveTime  救急线程的空闲时间，救急线程一直空闲则回收，当阻塞队列满了，corePoolSize<maximumPoolSize时启用救急线程。
     * @param unit 针对救急线程的时间单位
     * @param workQueue 阻塞队列
     * @param threadFactory 创建线程的工厂
     * @param handler 拒绝策略 默认:new AbortPolicy()
     */
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler)

底层实现：

• newFixedThreadPool

// nThreads核心线程数 threadFactory 线程工厂
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                      threadFactory);
}

// 业务实现
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5, new ThreadFactory(){
            AtomicInteger i = new AtomicInteger(0);
            @Override
            public Thread newThread(Runnable r) {
                Thread t = new Thread(() -> {r.run();});
                t.setName("Hello"+i.incrementAndGet());
                return t;
            }
        });

核心线程数=最大线程数，无救急线程。 暴露threadFactory，可以对线程进行创建与修改

• newCacheThreadPool

//threadFactory 线程工厂
public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>(),
                                      threadFactory);

核心线程数是0，最大线程数是int最大，意味着全部都是救急线程。救急线程的生命周期是60s。救急线程使用完便会销毁,使用的是SynchronousQueue

• newSingleThreadExecutor

//threadFactory 线程工厂
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                    threadFactory));
    }

仅有一个核心线程，返回FinalizableDelegatedExecutorService 暴露ThreadPoolExecutor

线程池的工作原理：

1. 在创建了线程池后，等待执行任务；
2. 调用execute()添加新的请求任务时：
   1. 如果当前运行的线程数<核心线程数，将会创建线程执行任务；
   2. 当正在运行的线程数>=核心线程数，将任务放入阻塞队列中；
   3. 当队列满了，且运行线程数<线程池最大数量，创建救急线程执行任务；
   4. 当队列满了，且运行线程数已满，线程池启动拒绝策略；
3. 当一个线程完成任务时，他会从队列中取下一个任务来执行；
4. 当一个线程空闲状态，且超过了设置的时间，线程池会判断当前运行的线程数>核心线程数，则线程被回收，线程池所有任务完成后，它最终收缩到核心线程数大小。

4. 线程池的拒绝策略

1. AbortPolicy: 让调用者抛出RejectedExecutionException异常<默认>

2. CallerRunsPolicy:让调用者运行任务

3. DiscardPolicy:放弃本次任务

4. DiscardOldestPolicy: 放弃队列中最早的任务，本任务取而代之

   AbortPolicy

   CallerRunsPolicy

   DiscardPolicy

   DiscardOldestPolicy

   RejectedExecutionHandler

5. 线程池的配置

分两种情况，CPU密集型和IO密集型

CPU密集型：该任务需要大量的运算，没有阻塞，CPU一直全速运行，CPU高。

CPU密集任务只有在真正的多核CPU上才可能得到加速（多线程），而在单核CPU上，无论设置几个模拟的多线程任务都无法得到加速，因为CPU总的运算能力就单核的能力。

CPU密集型任务配置尽可能少的线程数量：CPU核数+1个线程的线程池；

IO密集型1：任务线程并不是一直在执行任务，则应配置尽可能多的线程，如CPU核数*2；

IO密集型2：任务需要大量的IO，即大量的阻塞；在单线程上运行IO密集型的任务会导致大量的CPU运算浪费在等待。所以在IO密集型任务中使用多线程可以大大加速程序运行，即使在单核CPU上，这种加速主要是利用了被浪费掉的阻塞时间。

IO密集型时，大量线程被阻塞，配置线程数公式：

CPU核数/(1-阻塞系数) 其中阻塞系数在0.8~0.9之间

比如8核CPU： 8/(1-0.9)=80个线程数

6. 死锁的概念与产生死锁的主要原因

概念:死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力干涉那将一直阻塞，如果系统资源充足，进程的资源请求都能得到满足，死锁出现的可能性会很低，否则就会因争夺有限的资源而陷入死锁.

**死锁产生的原因:**1.系统资源不足;2.进程运行的顺序异常;3.资源分配不当;

7. 死锁产生的必要条件与解决死锁的方法

必要条件:

• 互斥条件：进程要求对所分配的资源进行排它性控制，即在一段时间内某资源仅为一进程所占用。
• 请求和保持条件：当进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
• 不剥夺条件：进程已获得的资源在未使用完之前，不能剥夺，只能在使用完时由自己释放。
• 环路等待条件：在发生死锁时，必然存在一个进程–资源的环形链。

解决死锁的方法

1. 预防死锁：

   • 资源一次性分配：一次性分配所有资源，这样就不会再有请求了：（破坏请求条件）
   • 只要有一个资源得不到分配，也不给这个进程分配其他的资源：（破坏请保持条件）
   • 可剥夺资源：即当某进程获得了部分资源，但得不到其它资源，则释放已占有的资源（破坏不可剥夺条件）
   • 资源有序分配法：系统给每类资源赋予一个编号，每一个进程按编号递增的顺序请求资源，释放则相反（破坏环路等待条件）

2. 避免死锁:

   预防死锁的几种策略，会严重地损害系统性能。因此在避免死锁时，要施加较弱的限制，从而获得 较满意的系统性能。由于在避免死锁的策略中，允许进程动态地申请资源。因而，系统在进行资源分配之前预先计算资源分配的安全性。若此次分配不会导致系统进入不安全的状态，则将资源分配给进程；否则，进程等待。其中最具有代表性的避免死锁算法是银行家算法。
   银行家算法：首先需要定义状态和安全状态的概念。系统的状态是当前给进程分配的资源情况。因此，状态包含两个向量Resource（系统中每种资源的总量）和Available（未分配给进程的每种资源的总量）及两个矩阵Claim（表示进程对资源的需求）和Allocation（表示当前分配给进程的资源）。安全状态是指至少有一个资源分配序列不会导致死锁。当进程请求一组资源时，假设同意该请求，从而改变了系统的状态，然后确定其结果是否还处于安全状态。如果是，同意这个请求；如果不是，阻塞该进程知道同意该请求后系统状态仍然是安全的。

3. 检测死锁:

   1. 首先为每个进程和每个资源指定一个唯一的号码；
   2. 然后建立资源分配表和进程等待表。

4. 解除死锁:

   当发现有进程死锁后，便应立即把它从死锁状态中解脱出来，常采用的方法有：

   1. 剥夺资源：从其它进程剥夺足够数量的资源给死锁进程，以解除死锁状态；
   2. 撤消进程：可以直接撤消死锁进程或撤消代价最小的进程，直至有足够的资源可用，死锁状态.消除为止；所谓代价是指优先级、运行代价、进程的重要性和价值等。

8. 死锁检测方法

1. 查找进程的pid

   ps aux | grep 参数 或者 pgrep -lf 参数 或者 jps 参数

2. jstack pid

3. 或者用JProfiler(升级版的 JConsole )