Java 并发与线程池应用

摘要:Executor框架是指java 5中引入的一系列并发库中与executor相关的一些功能类，其中包括线程池，Executor，Executors，ExecutorService，CompletionService，Future，Callable等。并发编程的一种编程方式是把任务拆分为一些列的小任务，即Runnable，然后在提交给一个Executor执行，以提高逻辑处理的速度。  

一、创建线程池

    Executors类，提供了一系列工厂方法用于创先线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService接口,Executor的实现还提供了对生命周期的支持，以及统计信息收集，应用程序管理机制和性能监视等机制。Executor基于生产者---消费者模式，提交任务的操作相当于生产者，执行任务的线程相当于消费者。如果要使用Executor,必须将任务表述为一个Runnable.

    (1) public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)

        创建固定数目线程的线程池。当线程池中处于活跃状态的线程达到这个固定的数目时,新进来的线程将会被阻塞，直到出现新的空闲线程。这个方法一般用来控制服务器中最多出现的线程数量。

     (2) public static ExecutorService newCachedThreadPool()

       创建一个可缓存的线程池，调用execute 将重用以前构造的线程（如果线程可用），如果现有线程没有可用的，则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。

     (3)public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()

创建一个单线程化的Executor。这个线程池中只有一个线程可用，如果里面有正在执行的线程,新放进来的线程就会被阻塞，直到线程池中有一个闲置的线程出现。

     (4)public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)

        创建一个支持定时及周期性的任务执行的线程池，多数情况下可用来替代Timer类。因为Timer的优点在于简单易用，但由于所有任务都是由同一个线程来调度,因此所有任务都是串行执行的，同一时间只能有一个任务在执行，前一个任务的延迟或异常都将会影响到之后的任务。

      ScheduledExecutorService扩展了ExecutorService接口,提供时间排程的功能:

        a)schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit)  

        b)scheduleAtFixedRate(Runnable command,long initalDelay,long period)

        创建并执行一个在给定初始延迟后首次启用的定期操作，后续操作具有给定的周期后，也就是将initialDelay后开始执行，然后在initialDelay+period 后执行，接着在 initialDelay + 2 * period 后执行，依此类推。

        c)scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay,TimeUnit unit)

         创建并执行一个在给定初始延迟后首次启用的定期操作，随后，在每一次执行终止和下一次执行开始之间都存在给定的延迟。这个间隔会加上command任务执行的时间，它是相对于command的时间的。

//创建固定数目的线程池

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Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(10); 

Runnable task = new Runnable() { 

    @Override

    public void run() { 

        System.out.println("task over"); 

    } 

}; 

executor.execute(task);

  

//创建周期执行的线程池 

executor = Executors.newScheduledThreadPool(10); 

  

ScheduledExecutorService scheduler = (ScheduledExecutorService) executor;

  

//提交后，延迟10秒再执行task,然后每隔10执行一次task

scheduler.scheduleAtFixedRate(task, 10, 10, TimeUnit.SECONDS);

  

//提交后，延迟10秒再执行task,等这个task执行完之后再隔10执行task.

scheduler. scheduleWithFixedDelay(task,10,10, TimeUnit.SECONDS)

二、ExecutorService与生命周期

   ExecutorService扩展了Executor并添加了一些生命周期管理的方法。一个Executor的生命周期有三种状态，运行 ，关闭 ，终止 。Executor创建时处于运行状态。当调用ExecutorService.shutdown()后，处于关闭状态，isShutdown()方法返回true。这时，不应该再想Executor中添加任务，所有已添加的任务执行完毕后，Executor处于终止状态，isTerminated()返回true。如果Executor处于关闭状态，往Executor提交任务会抛出unchecked exception RejectedExecutionException。

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ExecutorService executorService = (ExecutorService) executor; 

while (!executorService.isShutdown()) { 

    try { 

        executorService.execute(task); 

    } catch (RejectedExecutionException ignored) { 

          

    } 

} 

executorService.shutdown();

三、使用Callable，Future返回结果

Future<V>代表一个异步执行的操作，通过get()方法可以获得操作的结果，如果异步操作还没有完成，则，get()会使当前线程阻塞。FutureTask<V>实现了Future<V>和Runable<V>。Callable代表一个有返回值得操作。

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Callable<Integer> func = new Callable<Integer>(){  

    public Integer call() throws Exception {  

        System.out.println("inside callable");  

        Thread.sleep(1000);  

        return new Integer(8);  

    }         

};        

FutureTask<Integer> futureTask  = new FutureTask<Integer>(func);  

Thread newThread = new Thread(futureTask);  

newThread.start();  

  

try {  

    System.out.println("blocking here");  

    Integer result = futureTask.get();  

    System.out.println(result);  

} catch (InterruptedException ignored) {  

} catch (ExecutionException ignored) {  

}

ExecutoreService提供了submit()方法，传递一个Callable，或Runnable，返回Future。如果Executor后台线程池还没有完成Callable的计算，这调用返回Future对象的get()方法，会阻塞直到计算完成。

例子：并行计算数组的和。

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package executorservice;  

import java.util.ArrayList;  

import java.util.List;  

import java.util.concurrent.Callable;  

import java.util.concurrent.ExecutionException;  

import java.util.concurrent.ExecutorService;  

import java.util.concurrent.Executors;  

import java.util.concurrent.Future;  

import java.util.concurrent.FutureTask;  

  

public class ConcurrentCalculator {  

  

    private ExecutorService exec;  

    private int cpuCoreNumber;  

    private List<Future<Long>> tasks = new ArrayList<Future<Long>>();  

  

    // 内部类  

    class SumCalculator implements Callable<Long> {  

        private int[] numbers;  

        private int start;  

        private int end;  

  

        public SumCalculator(final int[] numbers, int start, int end) {  

            this.numbers = numbers;  

            this.start = start;  

            this.end = end;  

        }  

  

        public Long call() throws Exception {  

            Long sum = 0l;  

            for (int i = start; i < end; i++) {  

                sum += numbers[i];  

            }  

            return sum;  

        }  

    }  

  

    public ConcurrentCalculator() {  

        cpuCoreNumber = Runtime.getRuntime().availableProcessors();  

        exec = Executors.newFixedThreadPool(cpuCoreNumber);  

    }  

  

    public Long sum(final int[] numbers) {  

        // 根据CPU核心个数拆分任务，创建FutureTask并提交到Executor  

        for (int i = 0; i < cpuCoreNumber; i++) {  

            int increment = numbers.length / cpuCoreNumber + 1;  

            int start = increment * i;  

            int end = increment * i + increment;  

            if (end > numbers.length)  

                end = numbers.length;  

            SumCalculator subCalc = new SumCalculator(numbers, start, end);  

            FutureTask<Long> task = new FutureTask<Long>(subCalc);  

            tasks.add(task);  

            if (!exec.isShutdown()) {  

                exec.submit(task);  

            }  

        }  

        return getResult();  

    }  

  

    /** 

     * 迭代每个只任务，获得部分和，相加返回 

     *  

     * @return 

     */ 

    public Long getResult() {  

        Long result = 0l;  

        for (Future<Long> task : tasks) {  

            try {  

                // 如果计算未完成则阻塞  

                Long subSum = task.get();  

                result += subSum;  

            } catch (InterruptedException e) {  

                e.printStackTrace();  

            } catch (ExecutionException e) {  

                e.printStackTrace();  

            }  

        }  

        return result;  

    }  

  

    public void close() {  

        exec.shutdown();  

    }  

}

四、CompletionService

在刚在的例子中，getResult()方法的实现过程中，迭代了FutureTask的数组，如果任务还没有完成则当前线程会阻塞，如果我们希望任意字任务完成后就把其结果加到result中，而不用依次等待每个任务完成，可以使CompletionService。生产者submit()执行的任务。使用者take()已完成的任务，并按照完成这些任务的顺序处理它们的结果 。也就是调用CompletionService的take方法是，会返回按完成顺序放回任务的结果，CompletionService内部维护了一个阻塞队列BlockingQueue，如果没有任务完成，take()方法也会阻塞。修改刚才的例子使用CompletionService：

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public class ConcurrentCalculator2 {  

  

    private ExecutorService exec;  

    private CompletionService<Long> completionService;  

  

  

    private int cpuCoreNumber;  

  

    // 内部类   

    class SumCalculator implements Callable<Long> {  

        private int[] numbers;  

        private int start;  

        private int end;  

  

        public SumCalculator(final int[] numbers, int start, int end) {  

            this.numbers = numbers;  

            this.start = start;  

            this.end = end;  

        }  

  

        public Long call() throws Exception {  

            Long sum = 0l;  

            for (int i = start; i < end; i++) {  

                sum += numbers[i];  

            }  

            return sum;  

        }  

    }  

  

    public ConcurrentCalculator2() {  

        cpuCoreNumber = Runtime.getRuntime().availableProcessors();  

        exec = Executors.newFixedThreadPool(cpuCoreNumber);  

        completionService = new ExecutorCompletionService<Long>(exec);  

  

  

    }  

  

    public Long sum(final int[] numbers) {  

        // 根据CPU核心个数拆分任务，创建FutureTask并提交到Executor  

        for (int i = 0; i < cpuCoreNumber; i++) {  

            int increment = numbers.length / cpuCoreNumber + 1;  

            int start = increment * i;  

            int end = increment * i + increment;  

            if (end > numbers.length)  

                end = numbers.length;  

            SumCalculator subCalc = new SumCalculator(numbers, start, end);   

            if (!exec.isShutdown()) {  

                completionService.submit(subCalc);  

  

  

            }  

               

        }  

        return getResult();  

    }  

  

    /** 

     * 迭代每个只任务，获得部分和，相加返回 

     *  

     * @return 

     */ 

    public Long getResult() {  

        Long result = 0l;  

        for (int i = 0; i < cpuCoreNumber; i++) {              

            try {  

                Long subSum = completionService.take().get();  

                result += subSum;             

            } catch (InterruptedException e) {  

                e.printStackTrace();  

            } catch (ExecutionException e) {  

                e.printStackTrace();  

            }  

        }  

        return result;  

    }  

  

    public void close() {  

        exec.shutdown();  

    }  

}

原文：http://www.youxijishu.com/blog/myBlog/2/10