面试题：Java线程池中如何通过复用线程降低资源消耗

Question

在Java线程池中，复用线程是降低资源消耗的重要方式。请详细阐述线程池是怎样实现线程复用的，以及复用线程在降低资源消耗方面具体起到了哪些作用。

Answer 1

线程池实现线程复用的方式

1. 核心线程的复用
   • 线程池初始化时会创建一定数量的核心线程（corePoolSize）。这些核心线程在创建后并不会立即销毁，而是一直存活在线程池中。
   • 当有新任务提交到线程池时，线程池首先会查看是否有空闲的核心线程。如果有，则直接将任务分配给空闲的核心线程执行，实现了核心线程的复用。例如，一个Web服务器的线程池，在处理多个HTTP请求时，核心线程可以不断地从任务队列中获取新的请求任务并执行，而不需要每次都创建新的线程。
2. 非核心线程的复用
   • 当任务量增加，核心线程都在忙碌且任务队列已满时，线程池会创建非核心线程（数量上限为maximumPoolSize - corePoolSize）来处理任务。
   • 非核心线程在完成任务后，并不会马上被销毁。它会等待一段时间（keepAliveTime），如果在这段时间内有新任务到来，该非核心线程就会被复用去执行新任务。如果等待时间结束后仍无新任务，非核心线程才会被销毁。例如，在电商促销活动期间，订单处理量大幅增加，线程池会创建非核心线程来处理订单任务，促销活动结束，任务量减少，非核心线程在keepAliveTime时间内没有新订单任务，就会被销毁。
3. 任务队列的配合
   • 线程池中有一个任务队列（如BlockingQueue），当所有核心线程都在忙碌时，新提交的任务会被放入任务队列中等待处理。
   • 核心线程或非核心线程在完成当前任务后，会从任务队列中获取新的任务继续执行，从而实现了线程对队列中任务的复用处理。例如，在一个消息处理系统中，生产者不断向线程池提交消息处理任务，任务进入任务队列，线程从队列中依次取出任务进行处理。

复用线程在降低资源消耗方面的作用

1. 减少线程创建与销毁开销
   • 创建线程需要分配内存空间，为线程栈分配内存，以及初始化一些数据结构等操作，这些操作都需要消耗系统资源。销毁线程时也需要进行一些清理工作，如释放线程占用的资源等。复用线程避免了频繁的线程创建和销毁过程，从而减少了这些开销。例如，在一个高并发的实时数据处理系统中，如果每次处理一个数据都创建一个新线程，随着数据量的增加，线程创建和销毁的开销会非常大，而线程复用可以显著降低这种开销。
2. 降低系统资源占用
   • 每个线程都需要占用一定的系统资源，如内存（线程栈）、句柄等。过多的线程会占用大量系统资源，甚至可能导致系统资源耗尽。通过复用线程，系统中同时存在的线程数量可以得到控制，维持在一个相对合理的水平，从而降低了系统资源的整体占用。例如，在一个内存有限的嵌入式系统中，合理复用线程可以避免因线程过多导致内存不足的问题。
3. 提高系统性能和响应速度
   • 由于减少了线程创建和销毁的开销，线程可以更快地开始执行任务。当有新任务到来时，复用的线程可以立即从任务队列中获取任务并执行，而不需要等待新线程的创建过程。这提高了系统对任务的响应速度，尤其在高并发场景下，能够显著提升系统的整体性能。例如，在一个在线游戏服务器中，玩家的操作请求能够快速得到处理，得益于线程复用带来的高效响应。