面试题：Java线程优先级对线程调度的影响及局限性

Java线程优先级对线程调度的影响

基本原理：
- 在Java中，线程的优先级是一个整数，范围从1（Thread.MIN_PRIORITY）到10（Thread.MAX_PRIORITY），默认优先级为5（Thread.NORM_PRIORITY）。
- 线程调度器倾向于优先调度优先级较高的线程。当有多个线程处于可运行状态时，调度器会优先选择优先级高的线程来执行。
- 然而，线程调度器是基于操作系统的，不同操作系统对线程优先级的支持和实现可能有所不同。例如，在某些操作系统中，可能只有少数几个优先级级别，而不是完全按照Java定义的1 - 10级来实现。
调度策略：
- 常见的调度策略有两种：抢占式调度和时间片轮转调度。在抢占式调度中，如果一个高优先级的线程进入可运行状态，它可能会抢占正在运行的低优先级线程的CPU资源，使低优先级线程暂停执行，直到高优先级线程执行完毕或进入等待状态。在时间片轮转调度中，每个线程被分配一个时间片来执行，当时间片用完后，即使线程没有执行完，也会被暂停，调度器会选择另一个可运行的线程执行。高优先级线程通常会获得更长的时间片或更频繁的调度机会。

线程优先级设置的局限性

操作系统依赖：
- 如前文所述，Java线程优先级的实现依赖于底层操作系统。不同操作系统对线程优先级的映射和处理方式不同，这使得在Java中设置的优先级在不同操作系统上可能有不同的表现。例如，在Windows系统和Linux系统上，同样的Java线程优先级设置可能导致不同的调度结果。
不确定性：
- 即使设置了线程优先级，也不能保证高优先级线程一定会先于低优先级线程执行。线程调度器的行为是不确定的，可能会受到系统负载、其他进程活动等多种因素的影响。例如，在一个负载很高的系统中，即使高优先级线程不断请求CPU资源，也可能因为其他进程占用大量系统资源而无法及时得到调度。
优先级反转：
- 当一个高优先级线程等待一个低优先级线程释放锁时，就会发生优先级反转。在这种情况下，高优先级线程会被阻塞，而低优先级线程却可以继续执行，导致高优先级线程无法按照预期优先执行。例如，低优先级线程T1持有锁，高优先级线程T2需要获取该锁才能继续执行，此时T2就会被阻塞，直到T1释放锁，这期间T1可能会因为其他任务而长时间占用CPU，使得T2长时间无法执行。

设置线程优先级达不到预期效果的情况举例

系统负载过高：
- 假设有两个线程，线程A优先级为8，线程B优先级为5。在一个系统负载很高的环境中，大量其他进程和线程在竞争CPU资源。尽管线程A优先级较高，但由于系统资源紧张，可能出现线程B和线程A交替执行，甚至线程B执行时间比线程A还长的情况。因为系统调度器需要平衡所有活动线程和进程的资源分配，不能仅仅根据线程优先级来调度。
优先级反转：
- 代码示例如下：

public class PriorityInversionExample {
    private static final Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        Thread lowPriorityThread = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("Low priority thread acquired lock.");
                try {
                    Thread.sleep(10000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Low priority thread released lock.");
            }
        });
        lowPriorityThread.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

        Thread highPriorityThread = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("High priority thread acquired lock.");
            }
        });
        highPriorityThread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);

        lowPriorityThread.start();
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        highPriorityThread.start();
    }
}

在上述代码中，低优先级线程lowPriorityThread先获取锁并睡眠10秒，在这期间高优先级线程highPriorityThread需要获取锁但被阻塞，尽管highPriorityThread优先级高，却无法执行，直到lowPriorityThread释放锁，这就体现了优先级反转导致设置优先级达不到预期效果。

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线程优先级设置的局限性

设置线程优先级达不到预期效果的情况举例