面试题：Java线程组在复杂并发场景下的性能优化与设计

Question

假设存在一个高并发的系统，其中包含大量不同类型的任务需要通过线程组来管理。请阐述你会如何设计线程组结构以提高系统性能，包括线程组的划分原则、资源分配策略以及如何避免线程组之间的资源竞争等问题，并结合实际项目经验说明。

Answer 1

线程组划分原则

1. 任务类型划分：根据任务的类型进行分组，例如将计算密集型任务放在一个线程组，I/O 密集型任务放在另一个线程组。以 Web 服务器项目为例，处理数据库查询的 I/O 任务和处理复杂业务逻辑的计算任务分属不同组。这样可以针对不同类型任务的特性，分别调整线程数量和资源分配。
2. 功能模块划分：按照系统的功能模块来划分线程组，比如在电商系统中，订单处理、商品搜索、用户登录等功能模块各对应一个线程组。这有利于对每个功能模块的线程进行独立管理和监控。
3. 优先级划分：依据任务的优先级划分线程组，高优先级任务线程组优先获得资源执行。如在实时监控系统中，对关键报警信息处理的任务应处于高优先级线程组。

资源分配策略

1. CPU 资源：对于计算密集型线程组，分配较多的 CPU 核心。在并行计算矩阵乘法的场景中，可根据服务器 CPU 核心数，为计算矩阵乘法的线程组分配大部分核心。同时，采用线程亲和性技术，将线程固定在特定 CPU 核心上，减少线程切换开销。
2. 内存资源：为每个线程组根据其任务需求分配合适的内存。在图像处理项目中，处理高分辨率图像的线程组需要更多内存用于存储图像数据，要合理规划堆内存分配，避免 OOM（Out Of Memory）。
3. I/O 资源：I/O 密集型线程组需要保障 I/O 带宽。在文件传输系统中，负责文件上传下载的线程组应优先获得网络带宽和磁盘 I/O 资源，可使用 I/O 多路复用技术（如 epoll）提高 I/O 效率。

避免线程组之间资源竞争

1. 使用线程安全的数据结构：在多线程访问共享数据时，采用线程安全的数据结构，如 Java 中的 ConcurrentHashMap 替代普通 HashMap。在分布式缓存系统中，多个线程组可能访问缓存数据，使用线程安全数据结构可避免数据不一致问题。
2. 资源隔离：为每个线程组分配独立的资源，减少共享资源的使用。在数据库连接池应用中，每个线程组有自己独立的连接池，避免不同线程组竞争数据库连接。
3. 锁机制：使用锁来控制对共享资源的访问，但要注意死锁问题。在金融交易系统中，当多个线程组操作共享账户余额时，通过合理使用锁，如读写锁（ReadWriteLock），读操作并发执行，写操作互斥执行，保障数据一致性。