面试官一个线程池问题把我问懵逼了。 （上）

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：