面试题：Java可缓存线程池与其他类型线程池的深度对比及应用场景选择

Question

请深入对比Java可缓存线程池与FixedThreadPool、SingleThreadExecutor等其他类型线程池在工作原理、资源管理、适用场景等方面的差异。并举例说明在不同的业务需求下，如何合理选择使用哪种线程池。

Answer 1

1. 工作原理

• 可缓存线程池（CachedThreadPool）：
  • 线程池为无限大，当执行第二个任务时第一个任务已经完成，会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程。
  • 如果线程池里所有线程都在执行任务，又有新任务到来，会创建新线程处理任务。
  • 线程池中的线程如果60秒内未被使用就会被回收。
• FixedThreadPool：
  • 线程池大小固定，在创建后，线程数量不会改变。
  • 当有新任务提交时，如果线程池中有空闲线程，则立即执行任务；如果没有空闲线程，任务会被放入阻塞队列等待。
• SingleThreadExecutor：
  • 只有一个线程的线程池，它确保所有任务按照提交顺序依次执行。
  • 所有任务会被放入一个队列中，由这唯一的线程按顺序逐个执行。

2. 资源管理

• 可缓存线程池（CachedThreadPool）：
  • 资源消耗不固定，可能会在短时间内创建大量线程，从而消耗过多内存等资源，如果任务执行时间较长，会导致线程数量持续增长，可能引发OOM（OutOfMemoryError）。
  • 适用于处理大量短时间任务，线程复用率高，在任务执行完后，空闲线程会被回收，释放资源。
• FixedThreadPool：
  • 资源消耗相对稳定，因为线程数量固定。
  • 线程创建后一直存在，即使无任务执行也不会销毁，占用一定系统资源。
• SingleThreadExecutor：
  • 资源消耗最少，只有一个线程在运行，占用的线程资源恒定。
  • 所有任务排队等待执行，不会因为线程过多而消耗过多资源。

3. 适用场景

• 可缓存线程池（CachedThreadPool）：
  • 适用于执行大量的短时间异步任务，例如网页爬虫场景，需要快速发起大量HTTP请求获取网页数据，每个请求任务执行时间较短，CachedThreadPool能快速创建和复用线程，提高效率。
  • 不适合长时间运行的任务，否则线程不断创建可能耗尽资源。
• FixedThreadPool：
  • 适用于处理负载相对稳定，且任务执行时间较长的场景。例如在电商系统中，订单处理任务，需要进行一系列复杂的业务逻辑处理，且处理频率相对稳定，使用FixedThreadPool能保证系统资源的合理利用，避免过多线程创建销毁带来的开销。
  • 可控制并发度，防止因并发过高导致系统资源耗尽。
• SingleThreadExecutor：
  • 适用于需要顺序执行任务，且不希望有并发干扰的场景。比如数据库的事务操作，要求按顺序执行，避免并发操作导致数据一致性问题，使用SingleThreadExecutor可以保证任务顺序执行。

4. 业务需求下的选择示例

• 需求一：处理大量短时间的异步任务
  • 比如图片的缩略图生成，当用户上传图片后，系统需要快速生成不同尺寸的缩略图。每个缩略图生成任务执行时间较短，但数量可能较多。

  ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
  for (int i = 0; i < 100; i++) {
      executorService.submit(() -> {
          // 生成缩略图的业务逻辑
          System.out.println("生成缩略图任务 " + Thread.currentThread().getName());
      });
  }
  executorService.shutdown();
  

• 需求二：处理负载稳定且执行时间长的任务
  • 假设是一个视频转码系统，接收到用户上传的视频后，需要将其转码为不同格式。转码任务执行时间较长且系统接收任务频率相对稳定。

  ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
      executorService.submit(() -> {
          // 视频转码的业务逻辑
          System.out.println("视频转码任务 " + Thread.currentThread().getName());
      });
  }
  executorService.shutdown();
  

• 需求三：需要顺序执行且无并发干扰的任务
  • 以银行转账操作为例，需要保证每笔转账操作按顺序依次执行，防止并发导致账户余额计算错误。

  ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
      executorService.submit(() -> {
          // 银行转账的业务逻辑
          System.out.println("银行转账任务 " + Thread.currentThread().getName());
      });
  }
  executorService.shutdown();