线程池会遇到的刁钻问题（下）

文章目录

如何处理线程池中的异常？
在并发编程中，线程池和锁有什么关系？
如何实现一个可以动态调整大小的线程池？
- - 方法一：扩展 `ThreadPoolExecutor`
  - 方法二：使用 `ScheduledExecutorService`
如何确保线程池中的任务按照优先级执行？
- - 使用 `PriorityBlockingQueue`
  - 使用 `ScheduledExecutorService`
  - 使用自定义队列和 `Comparator`
  - 注意事项
线程池中的线程如果长时间不活动会被回收吗？

如何处理线程池中的异常？

在 Java 线程池中处理异常涉及到几个方面，因为异常可能发生在任务执行过程中，也可能发生在任务提交或线程管理过程中。以下是一些处理线程池中异常的方法：

在任务内部处理异常：在编写任务代码时，应该尽量捕获并处理可能发生的异常，以防止未捕获的异常传播到线程池的级别。

executorService.submit(() -> {
    try {
        // 任务代码
    } catch (Exception e) {
        // 处理异常
    }
});

使用 Future 获取异常：当你使用 submit() 方法提交任务时，它会返回一个 Future 对象。你可以通过调用 Future 的 get() 方法来获取任务的执行结果，这可能会抛出 ExecutionException，其中包含任务执行时抛出的异常。

Future<?> future = executorService.submit(() -> {
    // 可能会抛出异常的任务代码
});
try {
    future.get();
} catch (ExecutionException e) {
    // 处理任务中抛出的异常
} catch (InterruptedException e) {
    // 当前线程在等待任务完成时被中断
}

设置 UncaughtExceptionHandler：为线程池中的线程设置 UncaughtExceptionHandler，这样任何未捕获的异常都会被这个处理器捕获。

ThreadFactory factory = new ThreadFactory() {
    @Override
    public Thread newThread(Runnable r) {
        Thread t = new Thread(r);
        t.setUncaughtExceptionHandler(new Thread.UncaughtExceptionHandler() {
            @Override
            public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
                // 处理未捕获的异常
            }
        });
        return t;
    }
};
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10, factory);

自定义 ThreadPoolExecutor：通过扩展 ThreadPoolExecutor 类，覆盖 afterExecute() 方法来处理执行完成后抛出的异常。

class CustomThreadPoolExecutor extends ThreadPoolExecutor {
    public CustomThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue);
    }
    @Override
    protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {
        super.afterExecute(r, t);
        if (t != null) {
            // 处理异常
        }
    }
}

使用 ExecutorService 的 invokeAll() 或 invokeAny() 方法：这些方法在执行批量任务时会返回一个 Future 对象列表，你可以通过这些对象来检查每个任务是否抛出了异常。

在并发编程中，线程池和锁有什么关系？

线程池和锁在并发编程中是两个不同的概念，但它们经常一起使用来管理和保护共享资源。下面是它们之间的关系和用途：

线程池（Thread Pool）：
- 线程池是一种线程管理工具，它允许程序复用线程，而不是每次需要执行任务时都创建新的线程。
- 线程池可以减少线程创建和销毁的开销，提高程序性能，并有助于限制并发线程的数量，从而减少资源消耗。
- 线程池主要关注的是线程的生命周期管理和任务的执行策略。
锁（Lock）：
- 锁是一种同步机制，用于在多线程环境中保护共享资源，防止多个线程同时访问同一资源而引发的数据不一致问题。
- 锁可以确保同一时刻只有一个线程能够访问共享资源，从而保持数据的一致性和完整性。
- 锁主要关注的是控制对共享资源的并发访问，避免竞态条件和死锁等问题。
  线程池和锁的关系：

当使用线程池执行多个任务时，如果这些任务需要访问共享资源，就需要使用锁来同步对共享资源的访问，以避免并发问题。
线程池中的线程可能会同时执行多个任务，这些任务可能会试图同时访问和修改共享资源。锁可以确保这些操作是原子性的和有序的。
在设计线程池时，通常需要考虑锁的性能和并发性。例如，如果锁的竞争非常激烈，可能会导致线程池中的线程频繁阻塞，影响线程池的效率和吞吐量。
示例：
假设有一个使用线程池的服务，该服务处理一个共享的计数器：

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
class Counter {
    private int count = 0;
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public int getCount() {
        return count;
    }
}
Counter counter = new Counter();
// 提交任务到线程池
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    executorService.submit(() -> counter.increment());
}
// 关闭线程池
executorService.shutdown();

线程池用于并发地执行增加计数器的任务。为了避免多个线程同时修改计数器时出现数据不一致的问题，我们在 increment 方法中使用了一个锁来保护对 count 变量的访问。这样，即使多个线程同时运行，也能保证 count 的更新是安全的。
总结来说，线程池和锁在并发编程中是互补的：线程池负责管理线程和任务的执行，而锁负责保护共享资源，确保线程安全。

如何实现一个可以动态调整大小的线程池？

可以通过扩展 ThreadPoolExecutor 类或使用 ScheduledExecutorService 来实现一个可以动态调整大小的线程池。以下是两种方法的简要说明：

方法一：扩展 `ThreadPoolExecutor`

你可以通过覆盖 ThreadPoolExecutor 的 beforeExecute() 和 afterExecute() 方法来在任务执行前后调整线程池的大小。例如，你可以在 beforeExecute() 中增加线程数，在 afterExecute() 中减少线程数。

class DynamicThreadPoolExecutor extends ThreadPoolExecutor {
    public DynamicThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue);
    }
    @Override
    protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) {
        super.beforeExecute(t, r);
        // 根据当前负载动态调整线程池大小
        adjustPoolSize();
    }
    @Override
    protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {
        super.afterExecute(r, t);
        // 根据当前负载动态调整线程池大小
        adjustPoolSize();
    }
    private void adjustPoolSize() {
        // 根据你的业务逻辑来调整线程池大小
        // 例如，如果队列长度超过某个阈值，则增加线程数
        // 如果线程数过多且空闲时间过长，则减少线程数
    }
}

方法二：使用 `ScheduledExecutorService`

另一种方法是使用 ScheduledExecutorService 来定期检查线程池的状态，并根据需要调整线程池的大小。

ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<>());
ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);
scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> {
    // 根据当前负载动态调整线程池大小
    int currentPoolSize = executorService.getPoolSize();
    int currentQueueSize = executorService.getQueue().size();
    // 你的逻辑来决定是否调整线程池大小
    if (currentQueueSize > someThreshold) {
        // 增加线程数
        ((ThreadPoolExecutor) executorService).setCorePoolSize(currentPoolSize + 1);
    } else if (currentPoolSize > corePoolSize && currentQueueSize < someOtherThreshold) {
        // 减少线程数
        ((ThreadPoolExecutor) executorService).setCorePoolSize(currentPoolSize - 1);
    }
}, 0, 1, TimeUnit.SECONDS);

在这个例子中，我们使用 ScheduledExecutorService 每秒检查一次线程池的状态，并根据队列的长度来调整线程池的大小。
注意事项：

调整线程池大小时，需要考虑系统的资源限制，避免创建过多的线程导致资源耗尽。
动态调整线程池大小可能会影响系统的稳定性和性能，因此需要谨慎设计和测试。
在生产环境中，通常不建议频繁地动态调整线程池大小，因为这可能会导致线程的频繁创建和销毁，增加系统的开销。

如何确保线程池中的任务按照优先级执行？

在 Java 中，确保线程池中的任务按照优先级执行通常涉及到使用优先级队列（PriorityBlockingQueue）或者实现自定义的 Comparator 来控制任务的执行顺序。以下是一些实现任务优先级执行的方法：

使用 `PriorityBlockingQueue`

PriorityBlockingQueue 是一个无界阻塞队列，它使用自然排序或者Comparator来排序元素。在提交任务到线程池时，可以将任务包装成一个实现 Comparable 接口的类，或者提供一个 Comparator 来定义任务的优先级。

ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(
    corePoolSize, 
    maximumPoolSize, 
    keepAliveTime, 
    TimeUnit.MILLISECONDS, 
    new PriorityBlockingQueue<Runnable>()
);
executor.submit(new PrioritizedTask(1, "Low priority task"));
executor.submit(new PrioritizedTask(3, "High priority task"));
executor.submit(new PrioritizedTask(2, "Medium priority task"));

在上面的例子中，PrioritizedTask 需要实现 Comparable 接口，以便 PriorityBlockingQueue 可以根据任务的优先级来排序。

使用 `ScheduledExecutorService`

如果你需要定时执行任务或者周期性执行任务，可以使用 ScheduledExecutorService。虽然它不直接支持优先级，但你可以通过延迟执行来模拟优先级，即优先级高的任务延迟时间短，优先级低的任务延迟时间长。

ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);
scheduler.schedule(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        // 高优先级任务
    }
}, 0, TimeUnit.MILLISECONDS);
scheduler.schedule(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        // 低优先级任务
    }
}, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);

使用自定义队列和 `Comparator`

如果你不想使用 PriorityBlockingQueue，也可以通过实现自己的阻塞队列并使用 Comparator 来定义任务的优先级。

class CustomPriorityQueue extends AbstractQueue<Runnable> implements BlockingQueue<Runnable> {
    // 实现队列，使用 Comparator 来排序任务
}
ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(
    corePoolSize, 
    maximumPoolSize, 
    keepAliveTime, 
    TimeUnit.MILLISECONDS, 
    new CustomPriorityQueue()
);

注意事项

确保线程池中的任务能够正确地实现 Comparable 接口或者提供 Comparator，以便队列能够根据优先级对任务进行排序。
使用优先级队列时，需要注意线程饥饿问题，即优先级低的任务可能一直被优先级高的任务阻塞。
如果任务的优先级可能会动态改变，需要确保队列能够处理这种变化，可能需要使用锁或者其他同步机制。

线程池中的线程如果长时间不活动会被回收吗？

线程的回收行为取决于线程池的配置参数，特别是线程空闲时间（keepAliveTime）和线程空闲时间单位（TimeUnit）。以下是线程池中线程回收的一般规则：

核心线程数：核心线程数是线程池中始终存在的线程数，即使它们处于空闲状态。核心线程数由 corePoolSize 参数指定。
最大线程数：最大线程数是线程池可以创建的线程数上限，包括核心线程数。当线程池中的线程数超过核心线程数时，超出部分的线程称为非核心线程。
线程空闲时间：当线程池中的线程处于空闲状态时，它们可以存活的最长时间。线程空闲时间由 keepAliveTime 参数指定，单位由 TimeUnit 指定。
如果线程池中的线程空闲时间超过 keepAliveTime，那么非核心线程（超出核心线程数的线程）会被回收，以避免过多的线程消耗系统资源。核心线程在默认情况下不会被回收，除非你设置了 allowCoreThreadTimeOut 参数为 true，这时核心线程在空闲时间超过 keepAliveTime 后也会被回收。
因此，线程池中的线程如果长时间不活动，会被回收的情况取决于线程池的配置和当前线程的状态（核心线程或非核心线程）。如果你需要线程在长时间不活动后自动回收，可以设置合理的 keepAliveTime 参数，并根据需要调整线程池的大小。