Java坑人面试题系列: 线程/线程池（高级难度）

ExecutorService 接口及相关API细节详解。

Java Magazine上面有一个专门坑人的面试题系列: https://blogs.oracle.com/javamagazine/quiz-2。

这些问题的设计宗旨，主要是测试面试者对Java语言的了解程度，而不是为了用弯弯绕绕的手段把面试者搞蒙。

如果你看过往期的问题，就会发现每一个都不简单。

这些试题模拟了认证考试中的一些难题。 而 “中级(intermediate)” 和 “高级(advanced)” 指的是试题难度，而不是说这些知识本身很深。 一般来说，“高级”问题会稍微难一点。

问题（高级难度）

此问题的目的是考察如何通过 Runnable 和 Callable 来创建任务，并使用 ExecutorService 来并发执行。

我们有一个 Logger 类，定义如下所示：

class Logger implements Runnable {
    String msg;
    public Logger(String msg) {
        this.msg = msg;
    }
    public void run() {
        System.out.print(msg);
    }
}

并给出如下使用的代码:

Stream<Logger> s = Stream.of(
    new Logger("Error "),
    new Logger("Warning "),
    new Logger("Debug "));
ExecutorService es =
    Executors.newCachedThreadPool();
s.sequential().forEach(l -> es.execute(l));         
es.shutdown();
es.awaitTermination(10, TimeUnit.SECONDS);

这里省略了相关的 import 语句, 假设代码能编译并正常启动。 请选择两项可能的输出结果：

• A、 Error Debug Warning
• B、 Error Warning Debug
• C、 Error Error Debug
• D、 Error Debug

答案和解析

这道试题属于 Executors 类和 ExecutorService 接口相关的考点，顺带考察 Executors 工具类自带的 ExecutorService 线程池实现。

在Java的早期版本中，需要程序员手工创建和管理线程。线程是系统内核级的重要资源，并不能无限创建; 而且创建线程的开销很大，所以开发中一般会使用资源池模式，也就是创建 “线程池”。通过线程池，可以用少量的线程，来执行大量的任务。
线程池的思路是这样的： 与其为每个任务创建一个线程，执行完就销毁； 倒不如统一创建少量的线程， 然后将任务逻辑用 Runnable 包装起来， 提交给线程池来调度执行。
有任务需要调度的时候，线程池找一个空闲的线程，并通知他干活。 任务执行完成后，再将这个线程放回池子里，等待下一次调度。

Java 5.0 开始提供标准的线程池API。 通过 Executor 和 ExecutorService 接口定义了线程池以及支持的交互操作。
另外，我们可以使用 Executors 的静态工厂方法来实例化 ExecutorService 的各种实现。
相关的基础类和接口都位于 java.util.concurrent 包中， 在编写简单的并发任务时，可以直接使用。

Executor 是顶层接口, 定义了执行 Runnable 任务的方法；但我们一般用的是子接口 ExecutorService 及其实现。
ExecutorService 接口中增加了处理 Callable 的方法， 以及关闭线程池的功能。
实现 Callable 接口的任务会返回一个结果， 调用方可以通过提交任务时返回的 Future 对象，来异步获取任务的执行状态和结果，这样就对任务有了一定的管理和控制能力。

Executor 和 ExecutorService 接口并没有规定使用哪种调度策略来执行。

• 有些线程池，使用固定数量的线程来并发地执行任务，新提交的任务要等到有空闲线程才会被执行。
• 有的线程池, 在工作负载上升时自动增加线程，并在需求降低时清理掉一部分线程。
• 还有的线程池只使用单个线程，直接按顺序执行提交的任务。

这些特征取决于具体的实现，需要开发者根据业务系统的特征来权衡，并选择适当的线程池。 针对这几类线程池，Executors 工具类提供了三种工厂方法：

• newFixedThreadPool
• newCachedThreadPool
• newSingleThreadExecutor

前两个方法创建的线程池可以有多个worker线程， 而 newSingleThreadExecutor 方法创建的线程池则只有单个线程。

回到前面的问题， 试题中给出的代码创建了缓存模式的线程池。
这类线程池会根据需要生成新的worker线程，并清理一段时间内没有使用到的线程。
但缓存模式的线程池有一个严重缺点： 创建的线程数有可能不被限制, 那样的话会导致大量的资源占用。 在高负载场景下，可能会由于资源争用而导致性能急剧下降。

因为创建的线程池具有多个线程， 所以后面提交的任务可以并发执行。
无论谁先开始，我们都无法对其执行进度做出精确预测。
也就是说，他们输出消息的顺序可能是任意的。
由此得知， 选项A 和 选项B 都 正确。

ExecutorService 会保证提交的任务最多被执行一次。
在某些情况下，任务可能不会执行，或者在执行完成之前线程池就被关闭了。
因为具有最多执行一次的特征，所以我们不会看到任何重复的消息。因此可以判断，选项C不正确。

在调用 shutdown 方法之后，ExecutorService 会拒绝新的任务提交请求， 但已有的任务会继续运行，直到所有的作业全部执行完才会关闭。
因此在这里给的代码中， 三个消息都会看到。 因此可知，选项D不正确。

顺便提一句，可能有些读者会认为，如果在10秒内执行不完， 那么选项D也可能是正确的。
但反过来说，如何确定这个消息会被打印呢？

因为试题中给出的任务逻辑非常简单，很明显不可能10秒钟还执行不完。
而且我们通过分析能判断出 选项A 和 选项B 是正确的， 那么做题时就可以将这种不可能的情况排除。

当然，你可能对选项D感兴趣，因为在其他某些极端的情况下, 作业无法在10秒内完成，比如恰好在这个时刻操作系统启动升级或更新。
请注意，在给定的代码中，没有任何证据表明 JVM 将被强行关闭。
而且默认创建的线程都是 非守护线程(nondaemon thread)，因此，在作业完成之前，JVM 不会退出。

所以，如果允许程序运行，则对应的消息都会被打印出来。

总结

正确的选项是 A 和 B。

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原文链接: https://blogs.oracle.com/javamagazine/quiz-advanced-executor-service