一、背景引入

今天跟大家聊一个互联网大厂的Java面试题：使用无界队列的线程池会导致内存飙升吗？

因为在面互联网大厂的时候，一定会问并发，问并发的时候一定会问到线程池，问到线程池一定会问构造线程池的一些参数的含义。

然后，有一些面试官会就线程池的具体场景，问一些可能会遇到的问题。

所以，在这里就可能有上述那样一个面试中的问题，算是Java面试里相对来说高阶一点的。

我相信大家一定起码知道线程池是个什么东西的。简单来说，就是维护一个池子，池子里面放了很多的线程。

然后来一个任务，某个线程就获取这个任务来执行，任务执行完之后线程是不会释放掉的，而是停留在线程池里继续等待下一个任务。

这样的一个好处是你没必要自己手动频繁的创建和销毁线程，毕竟线程是较重的资源，频繁的创建和销毁对系统性能是没好处的。

我们看看下面的图，回顾一下线程池的含义。

二、线程池是如何构造的？

那么平时在Java里写代码的时候，大家记得不记得线程池是如何构造出来的呢？

是不是类似下面那样的代码，比如说我们构造一个线程数量固定的一个线程池：

那么Executors.newFixedThreadPool(10)内部到底又是如何构造出来线程池的呢？

其实很简单，翻开JDK源码就可以看到里面的代码如下：

简单来说，就是构造了一个ThreadPoolExecutor对象实例，你大致就认为他是一个线程池吧，传入了一些参数，这些参数大致包含了：

1. corePoolSize
2. maximumPoolSize
3. keepAliveTime
4. workQueue

假如说我们构造线程池传入的线程数量是10，那么在这里，corePoolSize和maximumSize都是10，keepAliveTime默认就是0，workQueue是一个无界的LinkedBlockingQueue。

接下来，我们具体来看看构造一个线程池传入一些参数之后，具体这个线程池的运行原理是什么。

三、线程池的运行原理

简单来说，刚开始的时候其实线程池里是空的，就是一个线程都没有的，如下图所示。

接着如果你使用线程池提交一个任务进去，希望由线程池里的一个线程来执行，如下代码所示，就是提交一个任务：

这个时候，线程池会先看一下，现在池子里的线程数量有没有有达到corePoolSize指定的数量。

现在线程池里的线程数量是0，然后corePoolSize是10，那么肯定没达到了，所以直接会在线程池里创建一个线程出来然后执行这个任务，如下图。

接着假如说，这个线程处理完一个任务了，那么此时线程是不会被销毁的，他会一直等待下一个提交过来的任务。

那么，到底是怎么等待的呢？

很简单，线程池会搭配一个workQueue，比如这里搭配的就是一个无界的LinkedBlockingQueue，几乎可以无限量放入任务。

然后那个线程处理完一个任务之后，就会用阻塞的方式尝试从任务队列里获取任务，如果队列是空的，他就会阻塞卡在那儿不动，直到有人放一个任务到队列里，他才会获取到一个任务然后继续执行，循环往复，如下图。

接着再次提交任务，线程池一判断发现，诶？好像线程数量才只有1个，完全比corePoolSize（10个）要小，那么继续直接在池子里创建一个线程，然后处理这个任务，处理完了继续尝试从workQueue里阻塞式获取任务。

一直重复上面的操作，直到线程池里有10个线程了，达到了corePoolSize指定的数量，如下图。

这个时候你如果再提交任务，他一下子发现，诶？不对啊，线程池里已经有10个线程了，跟corePoolSize指定的线程数量一样了。

那么现在，我就不需要创建任何一个额外的线程了，现在你只要提交任务，全部直接入队到workQueue里就好。

此时线程池里的线程都阻塞式在workQueue上等待获取任务，有一个任务进来就会唤醒一个线程来处理这个任务，处理完了任务再次阻塞在workQueue上尝试获取下一个任务，如下图所示这个意思。

这里我们看到他用的是一个无界的LinkedBlockingQueue，但是假如说他用的是一个有界的队列呢？

比如说限定好了队列最多只能放10个任务，那么假如说，线程池里的线程来不及处理任务了，然后队列一下子放满了10个任务。

此时就会出现任务入队的失败，因为队列满了，无法入队。

然后就会尝试再次在线程池里创建线程，这个时候就会一直创建线程直到线程池里的线程数量达到maximumPoolSize指定的数量为止。

虽然这里fixed线程池默认corePoolSize和maximumPoolSize的数量都是一致的，但是可以假设此时maximumPoolSize的数量是20呢？

那么就会继续创建线程，直到线程数量达到20个，然后用额外创建的10个线程在队列满的情况下，继续处理任务。

整个过程，如下图所示：

接着万一队列满了，然后线程池的线程数量达到了maximumPoolSize指定的数量了，你额外创建线程都无法创建了，此时会如何呢？

答案是：会reject掉，不让你继续提交任务了，此时默认的就是抛出一个异常。

那么，在上图中额外创建出来的，超出corePoolSize的那些线程呢？

他们一旦创建出来之后，会发现线程池数量已经超过corePoolSize了，此时他们会尝试等待workQueue里的任务。

一旦超过keepAliveTime指定的时间，还获取不到任务，比如keepAliveTime是60秒，那么假如超过60秒获取不到任务，他就会自动释放掉了，这个线程就销毁了。

整个过程，如下图所示。

四、无界队列引发的内存飙升

明白了线程池的运行原理了，这个面试题就好解答了。

我们以最常用的fixed线程池举例，他的线程池数量是固定的，因为他用的是近乎于无界的LinkedBlockingQueue，几乎可以无限制的放入任务到队列里。

所以只要线程池里的线程数量达到了corePoolSize指定的数量之后，接下来就维持这个固定数量的线程了。

然后，所有任务都会入队到workQueue里去，线程从workQueue获取任务来处理。

这个队列几乎永远不会满，当然这是几乎，因为LinkedBlockingQueue默认的最大任务数量是Integer.MAX_VALUE，非常大，近乎于可以理解为无限吧。

只要队列不满，就跟maximumPoolSize、keepAliveTime这些没关系了，因为不会创建超过corePoolSize数量的线程的。

同样，给大家来一张图，我们来看看：

那么此时万一每个线程获取到一个任务之后，他处理的时间特别特别的长，长到了令人发指的地步。比如处理一个任务要几个小时，此时会如何？

当然会出现workQueue里不断的积压越来越多得任务，不停的增加。

这个过程中会导致机器的内存使用不停的飙升，最后也许极端情况下就导致JVM OOM了，系统就挂掉了。

所以这就是这个面试题背后你要知道的线程池的运行原理，以及可能遇到的一些问题，大家要做到心里有数。