面试官：为什么《阿里巴巴Java开发手册》上要禁止使用Executors来创建线程池

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前言

  在《阿里巴巴Java开发手册》第一章第6讲并发处理中，强制规定了线程池不允许使用Executors去创建。那么为什么呢？这就得从线程池和Executors这个类的本质上说起了。

线程池ThreadPoolExecutor

  在Java中提供了两种类型的线程池来供开发人员使用，分别是ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor。其中ScheduledThreadPoolExecutor继承了ThreadPoolExecutor，类的UML图如下所示。ScheduledThreadPoolExecutor的功能和Java中的Timer类似，它提供了定时的去执行任务或者固定时延的去执行任务的功能，其功能比Timer更加强大。（关于线程池的原理及详细的源码分析，可以参考这篇文章：线程池ThreadPoolExecutor的实现原理）

  线程池有7个非常重要的参数，其描述和功能如下表所示。

  为什么说这7个参数十分重要呢？因为线程池ThreadPoolExecutor的实现原理就是依靠这几个参数来实现的。当主线程提交一个任务到线程池后，线程池的执行流程如下：

• 1. 先判断线程池中线程的数量是否小于核心线程数，即：是否小于corePoolSize，如果小于corePoolSize，就创建新的线程去执行任务；否则就进入到下面流程。
• 2. 判断任务队列是否已经满了，即：判断workQueue有没有满，如果没有满，就将任务添加到任务队列中；如果已经满了，就进入到下面的流程。
• 3. 再判断如果新创建一个线程后，线程数是否会大于最大线程数，即：是否大于maximumPoolSize，如果大于maximumPoolSize，则进入到下面的流程；否则就创建一个新的线程来执行任务。
• 4. 执行拒绝策略，即执行handler的rejectedExecution()方法

Executors

  由于ThreadPoolExecutor类的构造方法的参数太多了，创建起来比较麻烦，而且ThreadPoolExecutor又可以细分为三种类型的线程池，这样创建起来不太方便。这个时候，工厂设计模式就派上用场了，Executors就是这样的一个静态工厂类，它里面提供了静态方法，调用这些静态方法，传入较少的参数或者不传参数，我们就可以很轻松地创建出线程池。Executors其实就是一个工具类，专门用来创建线程池。   上面提到ThreadPoolExecutor有7个非常重要的参数，我们在给这些参数传入特殊的值的时候，创建出来的ThreadPoolExecutor线程池又可以细分为三类：FixedThreadPool（线程数量固定的线程池）、SingleThreadExecutor（单线程的线程池）、CachedThreadPool（线程数大小无界的线程池）。（注意：这里的FixedThreadPool、SingleThreadExecutor、CachedThreadPool不是实际的类名，而是根据线程池的特殊性来取的别名）。下面来具体看下这三种线程池。

FixedThreadPool

  FixedThreadPool是线程数量固定的线程池，即核心线程数与最大线程数相等。Executors工厂类提供了如下两个方法去创建FixedThreadPool。

// 指定线程数
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

// 指定线程数和线程工厂
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                  threadFactory);
}

  可以发现，在Executors工厂类中，是直接调用了ThreadPoolExecutor的构造方法，而且令核心线程数和最大线程数均等于传入的参数nThreads，当线程数量达到核心线程数后，线程数就不会在变化了，始终维持在核心线程数这个数值，因此这种方法创建出来的线程池称之为线程数量固定的线程池。   同时我们还发现，参数keepAliveTime参数的值被设置为0，这是因为当coolPoolSize等于maximumPoolSize时，线程池中始终是不会存在空闲线程的，而keepAliveTime参数的含义是空闲线程存活的最大时间，都不可能出现空闲线程了，设置keepAliveTime的值大于0也就没有任何意义了，因此这里将其设置为0。   此时任务队列使用的是LinkedBlockingQueue，由于LinkedBlockingQueue在初始化时，如果不显示指定大小，就会默认队列的大小为Integer.MAX_VALUE，这个数值非常大了，因此通常称它是一个无界队列。 当使用无界队列时，会造成以下问题：

• 1. 当线程数达到核心线程数后，新添加的任务会被放入到任务队列中，由于使用无界队列，那么就可以无限制的向队列中添加任务，这有可能造成OOM。同时由于任务队列中能一直存放任务，那么就会导致maximunPoolSize这个参数失效。
• 2. 使用无界队列，导致线程数不会超过maximunPoolSize，就不会出现空闲线程，也就是将导致keepAliveTime这个参数失效。
• 3. 使用无界队列，导致线程数不会超过maximunPoolSize，那么就永远不会执行拒绝策略，也就是handler参数失效。   对于服务器负载较高的应用，由于需要严格管控资源，因此在应用中不能随意创建线程，这个时候适合使用FixedThreadPool，因为此时线程数固定，只要提前预判好线程数，就不会造成因线程池配置不当而导致服务异常的现象。

SingleThreadExecutor

  SingleThreadExecutor，线程数为1的线程池，即核心线程数与最大线程数均为1。Executors工厂类提供了如下两个方法去创建SingleThreadExecutor。

// 不需要传递任何参数，在ThreadPoolExecutor的构造方法中，直接令核心线程数和最大线程数为1
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

// 指定一个线程创建工厂即可，然后在ThreadPoolExecutor的构造方法中，令核心线程数和最大线程数为1
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                threadFactory));
}

  从上面代码中，可以发现，在ThreadPoolExecutor的构造方法中，直接令maximunPoolSize和corePoolSize的值均为1，这样线程池中就会一直只存在一个线程，即单线程的线程池。同样，因为不会出现存在空闲线程的情况，因此将keepAliveTime设置为0。任务队列依然使用的是LinekdBlockingQueue，即无界队列。由于使用无界队列，因此仍然可能会造成OOM异常，以及keepAliveTime、maximunPoolSize、handler等参数失效。   对于需要保证任务顺序执行的场景，可以使用SingleThreadExecutor。

CachedThreadPool

  CachedThreadPool，线程数大小无界的线程池。核心线程数等于0，最大线程数等于Integer.MAX_VALUE，这个值已经非常大了，因此称之为线程数大小无界的线程池。Executors工厂类提供了如下两个方法去创建CachedThreadPool。

// 不要传任何参数，在ThreadPoolExecutor的构造方法中，令核心线程数为0，最大线程数为Integer.MAX_VALUE
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue<Runnable>());
}

// 指定线程创建工厂，然后在ThreadPoolExecutor的构造方法中，令核心线程数为0，最大线程数为Integer.MAX_VALUE
public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue<Runnable>(),
                                  threadFactory);
}

  从上面的代码中可以发现，在ThreadPoolExecutor的构造方法中，令核心线程数为0，最大线程数为Integer.MAX_VALUE，由于Integer.MAX_VALUE的值非常大，因此通常也称CachedThreadPool为线程数大小无界的线程池。令keepAliveTime等于60，单位为秒，这说明空闲线程最多存活60秒。   在CachedPoolPool中，使用的阻塞队列不再是LinkedBlockingQueue，而是SynchronousQueue，这是一个不存储元素的阻塞队列。它的特点是，当前线程向队列中put元素时，必须要等另外一个线程从队列中取出元素后，当前线程才会返回；如果没有线程从队列中取出元素，那么当前线程就会一直阻塞，直到元素被取出。因此称SynchronousQueue是一个不存储元素的队列。（注意：这里说的是put操作会阻塞，而offer操作是不阻塞的）   由于核心线程数为0，所以当有任务提交到线程池时，第一层判断不成立（即当前线程数小于核心线程数判断不成立，此时均为0）。因此会调用阻塞队列的offer()方法尝试将任务添加到任务队列中，由于此时的阻塞队列是SynchronousQueue，它不存储元素，因此offer()方法会返回false，这样就表示第二层判断不成立（任务无法添加到队列）。就接着判断当前线程数是否大于最大线程数，显然此时没有，因为最大线程数为Integer.MAX_VALUE，所以此时会创建新的线程去处理任务。这样只要当有新的任务进入到池中时，就会创建新的线程去处理任务，因此称CachedThreadPool是一个线程数无界的线程池。池中的线程最多空闲60秒，当60秒内没有从阻塞队列中获取到任务后，线程就会被销毁。当主线程提交任务的速度大于线程池处理任务的速度时，线程池就会一直创建线程，因此最终有可能造成OOM异常。   当任务较多，但任务执行时间较短时，适合使用CacheThreadPool这种线程池来处理任务。

  JUC包下还提供了一种很常用的线程池，它就是ScheduledThreadPoolExecutor。ScheduledThreadPoolExecutor是ThreadPoolExecutor的子类，它的功能是定期执行任务或者在给定的延时之后执行任务。将线程池的核心参数设置为特殊的值，就会创建出两种类型的ScheduledThreadPoolExecutor。分别是包含多个线程的ScheduledThreadPoolExecutor和只包含一个线程的SingleScheduledThreadExecutor。（注意：SingleScheduledThreadExecutor不是一个类名，而是根据线程池的特性来取的一个名称）。   同样，Executors静态工厂类也为ScheduledThreadPoolExecutor的创建提供了相关的静态方法。下面结合代码示例来分别分析两种类型的ScheduledThreadPoolExecutor。

多个线程的ScheduledThreadPoolExecutor

  当ScheduledThreadPoolExecutor的核心线程数指定为多个时（大于1），ScheduledThreadPoolExecutor就是多线程的线程池。Executors工厂类提供了如下两个方法去创建多个线程的ScheduledThreadPoolExecutor。

// 指定核心线程数的数量
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

// 指定核心线程数的数量和线程工厂
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool( int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize, threadFactory);
}

  当传入的参数corePoolSize大于1时，就是多线程的ScheduledThreadPoolExecutor，当传入的数值等于1时，就变成了单线程的SingleThreadScheduledExecutor。下面来看下ScheduledThreadPoolExecutor带有一个参数的构造方法。源码如下：

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
	// 核心线程数为传入的线程数，即1
	// 最大线程数为Integer.MAX_VALUE
	// 使用的阻塞队列是DelayedWorkQueue，这是一个无界队列
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
          new DelayedWorkQueue());
}

  可以发现，ScheduledThreadPoolExecutor的最大线程数为Integer.MAX_VALUE，使用的是DelayedWorkQueue队列，这是一个无界队列。由于是无界队列，那么就会是最大线程数maximumPoolSize这个参数无效，所以即使将最大线程数为Integer.MAX_VALUE也没有什么用处。   DelayedWorkQueue又是一个什么队列呢？它是ScheduledThreadPoolExecutor定义的一个静态内部类，它的本质就是一个延时队列，其功能和DelayQueue类似。在DelayQueue中，包含了一个PriorityQueue（具有优先级的队列）类型的属性，而DelayedWorkQueue是DelayQueue和PriorityQueue的结合体，它会将提交到线程池的任务封装成一个RunnableScheduledFuture对象，然后将这些对象按照一定规则排好序。   RunnableScheduledFuture是ScheduledThreadPoolExecutor的一个私有内部类，继承了FutureTask。它包含三个非常重要的属性：

• 1. sequenceNumber，任务被添加到线程池时的序号
• 2. time，任务在哪个时间点执行
• 3. period，任务执行的周期

  DelayedWorkQueue会将队列中所有的RunnableScheduledFuture按照每个RunnableScheduledFuture的time按照从小到大排序，时间最小的应该最先被执行，所以排在最前面，当出现多个任务的时间相同时，就按照sequenceNumber这个序号从小到大排序，这样线程池中就能定时的执行这些任务了。

ScheduledThreadPoolExecutor执行任务的详细步骤如下：

• 1. 从DelayedWorkQueue队列中通过peek()获取第一个任务，判断任务的执行时间是否小于当前时间，如果不小于，则说明还没到任务的执行时间，就让线程再继续等待一段时间；如果小于或者等于，就执行下面的流程。
• 2. 通过poll()操作从队列中取出第一个任务，如果队列中还有任务，就唤醒处于等待队列中的线程，通知它们也来尝试获取任务。
• 3. 当前线程执行取出的任务。
• 4. 执行完任务后，修改RunnableScheduledFuture任务的time属性的值，将其设置为下次将要在被执行的时间点，然后将任务放回到任务队列中。

SingleScheduledThreadExecutor

  SingleThreadScheduledExecutor指的是线程池只有一个线程的ScheduledThreadPoolExecutor，此时核心线程数为1。   Executors工厂类提供了如下两个方法去创建SingleScheduledThreadExecutor。

// 不需要传任何参数，直接指定核心线程数为1
public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor() {
    // 将ScheduledThreadPoolExecutor包装成了DelegatedScheduledExecutorService
    return new DelegatedScheduledExecutorService
        (new ScheduledThreadPoolExecutor(1));
}

// 传入线程工厂，然后指定核心线程数为1
public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
    return new DelegatedScheduledExecutorService
        (new ScheduledThreadPoolExecutor(1, threadFactory));
}

SingleScheduledThreadExecutor执行任务的逻辑和多线程的ScheduledThreadPoolExecutor一样。唯一的区别就是它只有一个线程来执行任务，因此它能保证任务的执行顺序，适用于需要保证任务按照顺序执行的场景。

总结

• 本文详细介绍了线程池的几种类型，普通线程池ThreadPoolExecutor根据设置的核心参数的不同，可以细分为三类线程池：固定线程的线程池（FixedThreadPool）、单线程的线程池（SingleThreadExecutor）、线程数无界的线程池（CachedThreadPool）；对于定时任务类型的线程池ScheduledThreadPoolExecutor也可以根据核心参数的不同设置，可以细分为两类：多线程的ScheduledThreadPoolExecutor和单线程的SingleThreadScheduledExecutor，两者唯一的区别就是线程池中的线程数量不一样。
• 同时介绍了静态工厂类Executors的使用，以及如何利用它来创建文中提到的几种线程池。
• 最后，回到本文的开头，为什么《阿里巴巴Java开发手册》上要禁止使用Executors来创建线程池？Executors这个静态工厂类这么好用，创建线程池的时候特别方便，我们不用指定很多参数，就能创建出一个线程池，为什么要禁止呢？答案就是Executors创建出来的线程池使用的全都是无界队列，而使用无界队列会带来很多弊端，最重要的就是，它可以无限保存任务，因此很有可能造成OOM异常。同时在某些类型的线程池里面，使用无界队列还会导致maxinumPoolSize、keepAliveTime、handler等参数失效。因此目前在大厂的开发规范中会强调禁止使用Executors来创建线程池。
• 这个问题的答案其实很简单，关键之处在于掌握线程池的7个重要的核心参数，以及明白线程池的原理以及每一个参数的意义。了解了它们的原理，无论是对于面试，还是平时工作中的使用，以及排查问题都有很大的帮助。

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