面试题：Java线程池复杂告警规则设计与动态调整

Question

在一个高并发的Java应用中，线程池用于处理大量任务。现在要求设计一套告警规则，当线程池的队列积压任务数超过总容量的80%且活跃线程数小于核心线程数的一半时触发告警；并且，告警阈值要能根据系统的负载动态调整。请详细说明设计方案，包括涉及的类、方法以及数据结构等。

Answer 1

1. 设计思路

我们可以通过继承 ThreadPoolExecutor 类，重写其内部一些方法来获取线程池的状态信息，进而实现告警规则。同时，为了实现动态调整告警阈值，我们可以引入一个配置类来管理这些阈值。

2. 涉及的类

• DynamicThresholdConfig：用于管理告警阈值的配置类。
• CustomThreadPoolExecutor：继承自 ThreadPoolExecutor，用于监控线程池状态并触发告警。
• AlarmHandler：用于处理告警逻辑的类。

3. 数据结构

• 在 DynamicThresholdConfig 类中，使用基本数据类型（如 int 或 double）来存储队列积压任务比例阈值和活跃线程数比例阈值。

4. 具体实现

DynamicThresholdConfig 类

public class DynamicThresholdConfig {
    private double queueThresholdRatio;
    private double activeThreadThresholdRatio;

    public DynamicThresholdConfig(double queueThresholdRatio, double activeThreadThresholdRatio) {
        this.queueThresholdRatio = queueThresholdRatio;
        this.activeThreadThresholdRatio = activeThreadThresholdRatio;
    }

    public double getQueueThresholdRatio() {
        return queueThresholdRatio;
    }

    public double getActiveThreadThresholdRatio() {
        return activeThreadThresholdRatio;
    }

    // 提供方法用于动态调整阈值
    public void setQueueThresholdRatio(double queueThresholdRatio) {
        this.queueThresholdRatio = queueThresholdRatio;
    }

    public void setActiveThreadThresholdRatio(double activeThreadThresholdRatio) {
        this.activeThreadThresholdRatio = activeThreadThresholdRatio;
    }
}

AlarmHandler 类

public class AlarmHandler {
    public void handleAlarm(String message) {
        // 这里可以实现具体的告警逻辑，如发送邮件、短信等
        System.out.println("触发告警: " + message);
    }
}

CustomThreadPoolExecutor 类

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class CustomThreadPoolExecutor extends ThreadPoolExecutor {
    private final DynamicThresholdConfig config;
    private final AlarmHandler alarmHandler;

    public CustomThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                                    BlockingQueue<Runnable> workQueue, DynamicThresholdConfig config, AlarmHandler alarmHandler) {
        super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue);
        this.config = config;
        this.alarmHandler = alarmHandler;
    }

    @Override
    protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {
        super.afterExecute(r, t);
        checkAlarm();
    }

    @Override
    protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) {
        super.beforeExecute(t, r);
        checkAlarm();
    }

    private void checkAlarm() {
        int queueSize = getQueue().size();
        int queueCapacity = getQueue().capacity();
        int activeCount = getActiveCount();
        int corePoolSize = getCorePoolSize();

        if (queueSize >= queueCapacity * config.getQueueThresholdRatio()
                && activeCount < corePoolSize * config.getActiveThreadThresholdRatio()) {
            String message = "线程池队列积压任务数超过 " + (config.getQueueThresholdRatio() * 100) + "% 且活跃线程数小于核心线程数的 " + (config.getActiveThreadThresholdRatio() * 100) + "%";
            alarmHandler.handleAlarm(message);
        }
    }
}

5. 使用示例

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        DynamicThresholdConfig config = new DynamicThresholdConfig(0.8, 0.5);
        AlarmHandler alarmHandler = new AlarmHandler();
        CustomThreadPoolExecutor executor = new CustomThreadPoolExecutor(
                10, 20, 10, TimeUnit.SECONDS,
                new java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue<>(100), config, alarmHandler);

        for (int i = 0; i < 150; i++) {
            executor.submit(() -> {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            });
        }

        executor.shutdown();
    }
}

通过以上设计，我们可以实现对线程池状态的监控，并根据动态调整的告警阈值触发告警。