面试题：Java BIO网络编程中线程管理的资源优化

1. 线程复用

在Java BIO网络编程中，线程复用可以通过线程池来实现。线程池维护一组线程，这些线程可以被重复使用来处理不同的任务，避免了频繁创建和销毁线程带来的开销。

使用ThreadPoolExecutor创建线程池：

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

public class ThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 核心线程数
        int corePoolSize = 5;
        // 最大线程数
        int maximumPoolSize = 10;
        // 线程存活时间
        long keepAliveTime = 10;
        TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS;
        // 任务队列
        BlockingQueue<Runnable> workQueue = new LinkedBlockingQueue<>(100);

        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
                corePoolSize,
                maximumPoolSize,
                keepAliveTime,
                unit,
                workQueue);

        // 提交任务
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            executor.submit(new Task("Task " + i));
        }

        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
    }
}

class Task implements Runnable {
    private String taskName;

    public Task(String taskName) {
        this.taskName = taskName;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is processing " + taskName);
        // 模拟任务处理
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

分析：
- corePoolSize：线程池维护的最小线程数，即使这些线程处于空闲状态，也不会被销毁。
- maximumPoolSize：线程池允许创建的最大线程数。
- keepAliveTime：当线程数大于核心线程数时，多余的空闲线程的存活时间，超过这个时间就会被销毁。
- workQueue：任务队列，用于存放等待执行的任务。当线程池中的线程都在忙碌且任务队列未满时，新的任务会被放入任务队列中等待。

2. 线程优先级调整

线程优先级可以通过setPriority方法来设置。优先级范围从1（最低）到10（最高），默认优先级是5。

public class ThreadPriorityExample {
    public static void main(String[] args) {
        Thread highPriorityThread = new Thread(() -> {
            System.out.println("High priority thread is running");
            // 模拟任务处理
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        highPriorityThread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);

        Thread lowPriorityThread = new Thread(() -> {
            System.out.println("Low priority thread is running");
            // 模拟任务处理
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        lowPriorityThread.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

        highPriorityThread.start();
        lowPriorityThread.start();
    }
}

注意事项：
- 虽然设置线程优先级可以影响线程调度，但不能完全依赖它来保证任务的执行顺序。因为不同操作系统对线程优先级的实现和调度算法可能不同。在一些操作系统中，线程优先级的差异可能不明显。

3. 避免线程饥饿和死锁

避免线程饥饿：
- 公平调度：在使用线程池时，可以选择公平调度策略。例如，ThreadPoolExecutor的构造函数中可以通过设置RejectedExecutionHandler来处理任务拒绝情况，确保所有任务都有机会被执行。另外，PriorityQueue等数据结构在用于任务队列时，也可以根据任务的优先级进行排序，但要注意避免低优先级任务长时间得不到执行。
- 动态调整优先级：在任务执行过程中，根据任务的执行时间、等待时间等因素动态调整线程优先级，使长时间等待的低优先级任务有机会提升优先级得到执行。
避免死锁：
- 破坏死锁的四个必要条件：
  - 互斥条件：有些资源本身就是互斥的，难以破坏。但在设计时可以尽量减少对互斥资源的使用。
  - 占有并等待条件：可以要求线程一次性获取所有需要的资源，而不是逐步获取，这样就不会出现占有部分资源又等待其他资源的情况。
  - 不可剥夺条件：对于某些资源，可以设计成可剥夺的，例如当一个线程长时间占用资源时，其他高优先级线程可以强制剥夺其资源。
  - 循环等待条件：可以对资源进行编号，要求线程按照一定顺序获取资源，避免形成循环等待的环。
- 死锁检测：使用工具如jstack命令来检测死锁。jstack可以打印出Java进程中线程的堆栈信息，通过分析这些信息可以发现死锁的线程。在代码中也可以通过使用ThreadMXBean来检测死锁，示例如下：

import java.lang.management.ManagementFactory;
import java.lang.management.ThreadInfo;
import java.lang.management.ThreadMXBean;

public class DeadlockDetectionExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 模拟死锁场景（此处省略具体死锁代码）

        Thread deadlockDetector = new Thread(() -> {
            while (true) {
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                    long[] deadlockedThreads = ManagementFactory.getThreadMXBean().findDeadlockedThreads();
                    if (deadlockedThreads != null) {
                        System.out.println("Deadlock detected:");
                        ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
                        for (long threadId : deadlockedThreads) {
                            ThreadInfo threadInfo = threadMXBean.getThreadInfo(threadId);
                            System.out.println(threadInfo.getThreadName());
                        }
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        deadlockDetector.setDaemon(true);
        deadlockDetector.start();
    }
}

在高并发的Java BIO网络编程中，合理运用上述线程管理策略可以有效优化系统资源使用，提高系统的稳定性和性能。

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面试题：Java BIO网络编程中线程管理的资源优化

知识考点

面试题答案

1. 线程复用

2. 线程优先级调整

3. 避免线程饥饿和死锁