面试题：Java并发编程中，如何优化线程池以提高性能？

Question

在Java并发编程里，线程池是常用的资源管理工具。请阐述你对线程池参数（如核心线程数、最大线程数、队列容量等）的理解，以及如何根据具体业务场景合理调整这些参数来优化性能。例如，在一个I/O密集型任务和一个CPU密集型任务中，线程池参数应该如何设置？

Answer 1

线程池参数理解

1. 核心线程数
   • 线程池在初始化后，会创建核心线程数数量的线程并保持这些线程处于活动状态。即使这些线程处于空闲状态，它们也不会被销毁（除非设置了 allowCoreThreadTimeOut 为 true）。核心线程就像是线程池的常驻部队，随时准备执行任务。
2. 最大线程数
   • 线程池允许创建的最大线程数量。当任务队列已满且核心线程都在忙碌时，线程池会尝试创建新的线程，直到线程数量达到最大线程数。如果此时任务队列仍然满且无法再创建新线程，新提交的任务将会根据拒绝策略进行处理。
3. 队列容量
   • 用于存放待执行任务的队列。当核心线程都在执行任务时，新提交的任务会被放入队列中等待执行。队列的容量决定了能缓存多少任务，不同类型的队列（如 ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue 等）在性能和特性上有所不同。例如，ArrayBlockingQueue 是有界队列，容量固定；LinkedBlockingQueue 可以是有界或无界队列。

根据业务场景调整参数优化性能

1. I/O密集型任务
   • 核心线程数：I/O 操作通常会有大量时间处于等待 I/O 完成的阻塞状态，这段时间线程可以去处理其他任务。因此，核心线程数可以设置得相对较大，一般可以设置为 CPU 核心数的 2 倍甚至更多。例如，如果 CPU 是 4 核，核心线程数可以设置为 8 或 10。这样可以充分利用 CPU 资源，在等待 I/O 的间隙执行其他任务，提高整体的吞吐量。
   • 最大线程数：可以适当比核心线程数大一些，因为 I/O 密集型任务在等待 I/O 时，系统资源相对充裕，可以容纳更多线程。但也不宜过大，避免过多线程带来的上下文切换开销。可以设置为核心线程数的 1.5 倍左右。例如核心线程数为 8，最大线程数可设置为 12。
   • 队列容量：可以设置较大的队列容量，因为 I/O 密集型任务处理时间相对较长，新任务到来的频率相对稳定，较大的队列可以缓存更多任务，减少创建新线程的频率，降低上下文切换开销。例如可以设置为几百甚至更大，具体数值需要根据实际任务处理速度和任务到达频率来调整。
2. CPU密集型任务
   • 核心线程数：CPU 密集型任务几乎一直在使用 CPU 资源，过多的线程并不会提高性能，反而会增加上下文切换的开销。因此，核心线程数一般设置为 CPU 核心数，或者 CPU 核心数 + 1。例如 CPU 是 4 核，核心线程数设置为 4 或 5。这样能保证在充分利用 CPU 资源的同时，尽量减少上下文切换带来的性能损耗。
   • 最大线程数：与核心线程数相同或稍大一点即可。由于 CPU 资源已经被充分利用，过多线程只会降低性能，所以最大线程数不宜比核心线程数大太多。例如核心线程数为 4，最大线程数可设置为 5。
   • 队列容量：设置较小的队列容量，因为 CPU 密集型任务处理速度相对较快，任务队列不会长时间堆积任务。较小的队列容量可以使线程池更快地创建新线程来处理任务，避免任务在队列中长时间等待。例如可以设置为几十，具体数值可根据实际情况调整。