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小米面试：什么是线程池？工作原理是什么？线程池可以动态修改吗？

article 2025/1/25 9:01:44

大家好，我是码哥，《Redis 高手心法》畅销书作者。

有读者分享小米 Java 后端面试，其中有一个问题，当时没有回答好：什么是线程池、工作原理是什么、线程池可以动态修改吗？

回答这个问题之前，首先我们来了解下什么是线程池，它的工作原理是什么。

什么是线程池

线程池（Thread Pool）是一种基于池化思想管理线程的工具，它维护多个线程。在线程池中，总有几个活跃线程。当需要使用线程来执行任务时，可以从池子中随便拿一个空闲线程来用，当完成工作时，该线程并不会死亡，而是再次返回线程池中成为空闲状态，等待执行下一个任务。

这种做法，一方面避免了处理任务时创建销毁线程开销的代价，另一方面避免了线程数量膨胀导致的过分调度问题，保证了对内核的充分利用。

线程池状态

然后，我们来看下线程池有哪些状态呢？

线程池有五种状态：这五种状态并不能任意转换，只会有以下几种转换情况：线程池的五种状态是如何流转的？

RUNNING：会接收新任务并且会处理队列中的任务
SHUTDOWN：不会接收新任务并且会处理队列中的任务
STOP：不会接收新任务并且不会处理队列中的任务，并且会中断在处理的任务（注意：一个任务能不能被中断得看任务本身）
TIDYING：所有任务都终止了，线程池中也没有线程了，这样线程池的状态就会转为 TIDYING，一旦达到此状态，就会调用线程池的 terminated()
TERMINATED：terminated()执行完之后就会转变为 TERMINATED

线程池工作原理

如何自定义一个线程池？

public ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor() {
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
                // 核心线程池大小，表示线程池常驻线程数量
                30,
                // 最大线程数，表示线程池最多创建的线程数量
                100,
                // 保活时间，表示一个非核心线程多久没有使用，会被回收
                10,
                TimeUnit.MINUTES,
                // 阻塞队列，表示队列最多缓存多少任务，如果队列满了，将触发 RejectedExecutionHandler
                new ArrayBlockingQueue<>(1000),
                // 线程工厂，创建线程时候用的，可以给线程命名等
                new NamedThreadFactory("cust-task")
        );
        // 拒绝策略，当阻塞队列满了之后，会触发这里的handler
        // 默认是丢弃新任务
        executor.setRejectedExecutionHandler((r, executor1) -> {
            log.warn("thread pool is full");
        });
    }

线程池执行流程图

首先检测线程池运行状态，如果不是 RUNNING，则直接拒绝，线程池要保证在 RUNNING 的状态下执行任务。
如果当前线程数未超过核心线程数，则创建并启动一个线程来执行新提交的任务。
如果当前线程数超过核心线程数，且线程池内的阻塞队列未满，则将任务添加到该阻塞队列中。
如果当前线程数超过核心线程数且线程池内的阻塞队列已满，且未超过最大线程数，则创建并启动一个线程来执行新提交的任务。
如果已超过最大线程数，并且线程池内的阻塞队列已满, 则根据拒绝策略来处理该任务, 默认的处理方式是直接抛异常。

注意：提交一个 Runnable 时，不管当前线程池中的线程是否空闲，只要数量小于核心线程数就会创建新线程。

线程池的拒绝策略

ThreadPoolExecutor 内部有实现 4 个拒绝策略：

CallerRunsPolicy，由调用 execute 方法提交任务的线程来执行这个任务。
AbortPolicy，抛出异常 RejectedExecutionException 拒绝提交任务。
DiscardPolicy，直接抛弃任务，不做任何处理。
DiscardOldestPolicy，去除任务队列中的第一个任务（最旧的），重新提。

如何监控线程池？

好了，言归正传，再回归到这个题目本身，在修改线程池之前，我们要如何监控线程池的信息呢？

比如线程池的执行任务前后总时间，当前任务数等信息。

统计任务执行时间可以通过实现 beforeExecute 和 afterExecute 方法，计算出任务总耗时。

统计线程池的任务数，线程数等信息，可定时上报到 kafka，展示到可视化的界面上比如 Grafana。

监控核心代码

@Slf4j
public class ThreadPoolMonitor {

    private final ThreadPoolExecutor customThreadPool;
    private final String poolName;
    private final ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);

    public ThreadPoolMonitor(ThreadPoolExecutor customThreadPool, String poolName) {
        this.customThreadPool = customThreadPool;
        this.poolName = poolName;
    }

    public void startMonitoring(long period, TimeUnit unit) {
        scheduler.scheduleAtFixedRate(this::monitor, 0, period, unit);
    }

    private void monitor() {
        //核心线程数
        int corePoolSize = customThreadPool.getCorePoolSize();
        //最大线程数
        int maximumPoolSize = customThreadPool.getMaximumPoolSize();
        //活跃线程数
        int activeCount = customThreadPool.getActiveCount();
        //队列任务数
        int queueSize = customThreadPool.getQueue().size();
        //已执行完成任务数
        long completedTaskCount = customThreadPool.getCompletedTaskCount();
        //队列任务数峰值
        int largestPoolSize = customThreadPool.getLargestPoolSize();

        //上报监控数据
        sendToKafka(corePoolSize,maximumPoolSize, activeCount, queueSize, completedTaskCount, largestPoolSize);
    }

    private void sendToKafka(int corePoolSize,int maximumPoolSize, int activeCount, int queueSize, long completedTaskCount, int largestPoolSize) {
        // 自定义实现发送kafka逻辑或上报到prometheus逻辑
    }
}

如何动态调整线程池？

一般我们在设置线程池的线程数时，会参考实际业务场景。比较通用的公式是

IO 密集型场景：线程数=CPU 核心数*2+1
CPU 密集型场景线程数=CPU 核心数+1

但这只是比较简单粗暴的计算方式，在实际使用过程中，我们还是不可避免的需要调整线程池的一些参数，以达到最佳性能。

那么我们通过会比较关注线程池以下的几个参数

线程池参数	说明
corePoolSize	核心线程数
maximumPoolSize	最大线程数
queueCapacity	等待队列大小
keepAliveTime	空闲时间

corePoolSize、maximumPoolSize 和 keepAliveTime 可以通过调用 setCorePoolSize、setMaximumPoolSize、setKeepAliveTime 方法修改。
queueCapacity 虽然不能直接修改，我们可以通过实现自定义一个阻塞队列的方式去实现 setQueueCapacity 方法来修改队列大小的属性。

最后可以通过 Apollo、Nacos 配置中心实现动态监听的方法，达到实时更新线程池的效果。

扩展 1：线程池核心线程数会被销毁吗？

扩展 2：线程发生异常，会被移出线程池吗？

以上，就是今天的分享，希望对大家有帮助。

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