小米面试：如何实现优先级线程池？

我们知道，线程池中的所有线程都是由统一的线程工厂来创建的，当我们指定线程工厂时，线程池中的所有线程会使用我们指定的线程工厂来创建线程；但如果没有指定线程工厂，则会使用默认的线程工厂 DefaultThreadFactory 来创建线程，核心源码如下：

DefaultThreadFactory() {
    @SuppressWarnings("removal")
    SecurityManager s = System.getSecurityManager();
    group = (s != null) ? s.getThreadGroup() :
                          Thread.currentThread().getThreadGroup();
    namePrefix = "pool-" +
                  poolNumber.getAndIncrement() +
                 "-thread-";
}

那么问题来了，面试官问的是“如何实现优先级线程池？”，为什么我们一上来先讲了线程工厂呢？

这是因为，当我们讲到线程池优先级的时候，我们首先会想到线程的优先级，所以按照惯性思考，当面试官问到如何使用实现优先级线程池时，我们首先会考虑是不是在创建线程池的时候，可以通过某种方法来创建不同的线程优先级，从而实现优先级线程池？这就是开头我们一上来就讲线程工厂的原因。

那在线程工厂中如何设置线程的优先级呢？

它的设置也比较简单，如下代码所示：

import java.util.concurrent.ThreadFactory;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class CustomThreadPoolExecutorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 自定义线程工厂
        ThreadFactory threadFactory = new CustomThreadFactory();
        // 创建线程池
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 2, 0, 
                                                             TimeUnit.MILLISECONDS, 
                                                             new LinkedBlockingQueue<>(), 
                                                             threadFactory);
        // 提交任务
        executor.execute(() -> System.out.println("Task 1"));
        executor.execute(() -> System.out.println("Task 2"));
        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
    }

    static class CustomThreadFactory implements ThreadFactory {
        @Override
        public Thread newThread(Runnable r) {
            Thread thread = new Thread(r);
            // 设置线程优先级为最低优先级
            thread.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY); 
            return thread;
        }
    }
}

但是这种方式也有问题，那就是线程工厂是统一的，所以即使能在线程工厂中设置线程的优先级，那么也是将整个线程池中的所有线程都设置成统一的优先级了，而不能解决咱们本文提出的问题的，那如何才能实现优先级线程池呢？

1.优先级线程池实现思路

转念一想，既然不能在线程优先级上下功夫，但我们是否可以在线程池的任务队列上动点心思呢？

此时我们想到，可以使用 PriorityBlockingQueue 优先级队列来对任务进行排序啊（PriorityBlockingQueue 天生支持按照优先级自动排序任务的），这样不就能保证优先级高的任务会被线程池优先获取并执行了嘛！

所以，有时候一条路走不通的时候，我们可以尝试换一个思路再试试。

2.优先级队列使用

我们先来测试一下 PriorityBlockingQueue 的使用，以尝试其可行性，示例代码如下：

import java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue;

public class PriorityBlockingQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        PriorityBlockingQueue<Task> priorityQueue = new PriorityBlockingQueue<>();

        // 添加任务到优先级队列
        priorityQueue.add(new Task("Task 1", 1));
        priorityQueue.add(new Task("Task 4", 4));
        priorityQueue.add(new Task("Task 3", 3));
        priorityQueue.add(new Task("Task 2", 2));

        // 从优先级队列中取出任务并执行
        while (!priorityQueue.isEmpty()) {
            Task task = priorityQueue.poll();
            if (task != null) {
                task.execute();
            }
        }
    }

    static class Task implements Comparable<Task> {
        private String name;
        private int priority;

        public Task(String name, int priority) {
            this.name = name;
            this.priority = priority;
        }

        public void execute() {
            System.out.println("Executing task: " + name);
        }

        @Override
        public int compareTo(Task o) {
            return Integer.compare(this.priority, o.priority);
        }
    }
}

以上程序的执行结果如下：

从上述结果和代码可以看出，我们添加任务的顺序是：1、4、3、2，但最终会按照优先级排队执行的顺序是：1、2、3、4，执行结果符合我们的预期，优先级高的任务先被执行了（数字越小，优先级越高）。

3.优先级线程池

因此，我们实现的优先级线程池的最终代码如下：

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

public class PriorityThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        BlockingQueue<Runnable> queue = new PriorityBlockingQueue<>(1000);

        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                0, TimeUnit.SECONDS, queue
        );

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            int finalI = i;
            executor.execute(new PriorityTask(i, () -> {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                System.out.println("优先级：" + finalI);
            }));
        }
    }

    static class PriorityTask implements Runnable, Comparable<PriorityTask> {
        private final int priority;
        private final Runnable task;

        public PriorityTask(int priority, Runnable task) {
            this.priority = priority;
            this.task = task;
        }

        @Override
        public void run() {
            task.run();
        }

        @Override
        public int compareTo(PriorityTask other) {
            // 优先级高的任务应该排在前面（数字越小优先级越大）
            return Integer.compare(this.priority, other.priority);
        }
    }
}

以上程序执行结果如下：

从上述结果可以看出，线程池是完全按照优先级从高到低的顺序执行的（数字越小优先级越高），如果将 compareTo 中的排序方法倒置之后，那么线程池的执行顺序就完全相反了，可见使用 PriorityBlockingQueue 实现优先级线程池的效果非常显著。

课后思考

那么问题来了，PriorityBlockingQueue 在并发环境下会有线程安全问题吗？PriorityBlockingQueue 底层是如何保证线程安全的？

本文已收录到我的面试小站 www.javacn.site，其中包含的内容有：Redis、JVM、并发、并发、MySQL、Spring、Spring MVC、Spring Boot、Spring Cloud、MyBatis、设计模式、消息队列等模块。