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使用无界队列的线程池会导致内存飙升吗?

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发布于 01/30 17:42
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(1)背景引入

今天跟大家聊一个互联网大厂的Java面试题:使用无界队列的线程池会导致内存飙升吗?

因为在面互联网大厂的时候,一定会问并发,问并发的时候一定会问到线程池,问到线程池一定会问构造线程池的一些参数的含义。

然后,有一些面试官会就线程池的具体场景,问一些可能会遇到的问题。

所以,在这里就可能有上述那样一个面试中的问题,算是Java面试里相对来说高阶一点的。

我相信大家一定起码知道线程池是个什么东西的。简单来说,就是维护一个池子,池子里面放了很多的线程。

然后来一个任务,某个线程就获取这个任务来执行,任务执行完之后线程是不会释放掉的,而是停留在线程池里继续等待下一个任务。

这样的一个好处是你没必要自己手动频繁的创建和销毁线程,毕竟线程是较重的资源,频繁的创建和销毁对系统性能是没好处的。

我们看看下面的图,回顾一下线程池的含义。

(2)线程池是如何构造的?

那么平时在Java里写代码的时候,大家记得不记得线程池是如何构造出来的呢?

是不是类似下面那样的代码,比如说我们构造一个线程数量固定的一个线程池:

那么Executors.newFixedThreadPool(10)内部到底又是如何构造出来线程池的呢?

其实很简单,翻开JDK源码就可以看到里面的代码如下:

简单来说,就是构造了一个ThreadPoolExecutor对象实例,你大致就认为他是一个线程池吧,传入了一些参数,这些参数大致包含了:

  1  ·   corePoolSize

  2  ·   maximumPoolSize

  3  ·   keepAliveTime

  4  · workQueue

假如说我们构造线程池传入的线程数量是10,那么在这里,corePoolSize和maximumSize都是10,keepAliveTime默认就是0,workQueue是一个无界的LinkedBlockingQueue。

接下来,我们具体来看看构造一个线程池传入一些参数之后,具体这个线程池的运行原理是什么。

(3)线程池的运行原理

简单来说,刚开始的时候其实线程池里是空的,就是一个线程都没有的,如下图所示。

接着如果你使用线程池提交一个任务进去,希望由线程池里的一个线程来执行,如下代码所示,就是提交一个任务:

这个时候,线程池会先看一下,现在池子里的线程数量有没有有达到corePoolSize指定的数量。

现在线程池里的线程数量是0,然后corePoolSize是10,那么肯定没达到了,所以直接会在线程池里创建一个线程出来然后执行这个任务,如下图。

接着假如说,这个线程处理完一个任务了,那么此时线程是不会被销毁的,他会一直等待下一个提交过来的任务。

那么,到底是怎么等待的呢?

很简单,线程池会搭配一个workQueue,比如这里搭配的就是一个无界的LinkedBlockingQueue,几乎可以无限量放入任务。

然后那个线程处理完一个任务之后,就会用阻塞的方式尝试从任务队列里获取任务,如果队列是空的,他就会阻塞卡在那儿不动,直到有人放一个任务到队列里,他才会获取到一个任务然后继续执行,循环往复,如下图。

接着再次提交任务,线程池一判断发现,诶?好像线程数量才只有1个,完全比corePoolSize(10个)要小,那么继续直接在池子里创建一个线程,然后处理这个任务,处理完了继续尝试从workQueue里阻塞式获取任务。

一直重复上面的操作,直到线程池里有10个线程了,达到了corePoolSize指定的数量,如下图。

这个时候你如果再提交任务,他一下子发现,诶?不对啊,线程池里已经有10个线程了,跟corePoolSize指定的线程数量一样了。

那么现在,我就不需要创建任何一个额外的线程了,现在你只要提交任务,全部直接入队到workQueue里就好。

此时线程池里的线程都阻塞式在workQueue上等待获取任务,有一个任务进来就会唤醒一个线程来处理这个任务,处理完了任务再次阻塞在workQueue上尝试获取下一个任务,如下图所示这个意思。

这里我们看到他用的是一个无界的LinkedBlockingQueue,但是假如说他用的是一个有界的队列呢?

比如说限定好了队列最多只能放10个任务,那么假如说,线程池里的线程来不及处理任务了,然后队列一下子放满了10个任务。

此时就会出现任务入队的失败,因为队列满了,无法入队。

然后就会尝试再次在线程池里创建线程,这个时候就会一直创建线程直到线程池里的线程数量达到maximumPoolSize指定的数量为止。

虽然这里fixed线程池默认corePoolSize和maximumPoolSize的数量都是一致的,但是可以假设此时maximumPoolSize的数量是20呢?

那么就会继续创建线程,直到线程数量达到20个,然后用额外创建的10个线程在队列满的情况下,继续处理任务。

整个过程,如下图所示:

接着万一队列满了,然后线程池的线程数量达到了maximumPoolSize指定的数量了,你额外创建线程都无法创建了,此时会如何呢?

答案是:会reject掉,不让你继续提交任务了,此时默认的就是抛出一个异常。

那么,在上图中额外创建出来的,超出corePoolSize的那些线程呢?

他们一旦创建出来之后,会发现线程池数量已经超过corePoolSize了,此时他们会尝试等待workQueue里的任务。

一旦超过keepAliveTime指定的时间,还获取不到任务,比如keepAliveTime是60秒,那么假如超过60秒获取不到任务,他就会自动释放掉了,这个线程就销毁了。

整个过程,如下图所示。

(4)无界队列引发的内存飙升

明白了线程池的运行原理了,这个面试题就好解答了。

我们以最常用的fixed线程池举例,他的线程池数量是固定的,因为他用的是近乎于无界的LinkedBlockingQueue,几乎可以无限制的放入任务到队列里。

所以只要线程池里的线程数量达到了corePoolSize指定的数量之后,接下来就维持这个固定数量的线程了。

然后,所有任务都会入队到workQueue里去,线程从workQueue获取任务来处理。

这个队列几乎永远不会满,当然这是几乎,因为LinkedBlockingQueue默认的最大任务数量是Integer.MAX_VALUE,非常大,近乎于可以理解为无限吧。

只要队列不满,就跟maximumPoolSize、keepAliveTime这些没关系了,因为不会创建超过corePoolSize数量的线程的。

同样,给大家来一张图,我们来看看:

那么此时万一每个线程获取到一个任务之后,他处理的时间特别特别的长,长到了令人发指的地步。比如处理一个任务要几个小时,此时会如何?

当然会出现workQueue里不断的积压越来越多得任务,不停的增加。

这个过程中会导致机器的内存使用不停的飙升,最后也许极端情况下就导致JVM OOM了,系统就挂掉了。

所以这就是这个面试题背后你要知道的线程池的运行原理,以及可能遇到的一些问题,大家要做到心里有数。

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