Java多线程—Executor框架

来源：互联网发布：相关系数矩阵计算公式编辑：程序博客网时间：2024/05/19 12:24

1. 任务Task相关的接口与类

1.1 Runnable

表示一个可被执行的命令，通常用于在不同线程中执行任务。

package java.lang;public interface Runnable {    public void run();}

1.2 Callable<V>

表示一个有返回结果的任务

package java.util.concurrent;public interface Callable<V> {    V call() throws Exception;}

1.3 Future<V>

表示一个异步任务的结果。Executor.execute(Runnable)会返回一个Future。调用Future.get()会阻塞当前线程，直至任务完成返回结果。

package java.util.concurrent;public interface Future<V> {    /**     * 取消任务的执行。     * 以下几种情况不能成功取消任务：     * 1.任务已完成。 2.任务已经被取消。 3.任务因为某些原因不能被取消。     *     * 如果成功过，任务将不会执行。     * 如果任务已经启动，参数mayInterruptIfRunning将决定执行任务线程是否应该被中断，已达到停止任务的目的。     *     * 该方法返回后，isDone()将总是返回true。     * 如果该方法返回true，isCanelled()将返回true。     */    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);    /**     * 返回true表示任务在完成前被取消。     */    boolean isCancelled();    /**     * 返回true表示任务完成     *     * 任务完成可能原因如下：     * 1.正常执行完成 2.异常 3.被取消     */    boolean isDone();    /**     * 等待任务的完成，并返回结果，。     *     * @return 返回任务执行结果     * @throws CancellationException 当任务被取消时     * @throws ExecutionException 当任务执行出现异常时     * @throws InterruptedException 等待过程中线程被中断时     */    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;    /**     * 在指定时间内等待任务的完成，并返回结果。     *     * @param 等待超时最长时间     * @param 时间单位     * @return 返回任务执行结果     * @throws CancellationException 当任务被取消时     * @throws ExecutionException 当任务执行出现异常时     * @throws InterruptedException 等待过程中线程被中断时     * @throws TimeoutException 等待超时     */    V get(long timeout, TimeUnit unit)        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;}

1.4 RunnableFuture<V>

该接口继承于Runnable和Future。

package java.util.concurrent;public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {    void run();}

1.5 FutureTask<V>

一个可以取消的异步任务。该类实现了RunnableFuture接口。

2. Executor框架

2.1 Executor

Executor负责执行提交的Runnable任务。这个接口提供了一种将任务提交和任务执行解耦的机制。Executor通常用于代替显示创建线程。

package java.util.concurrent;public interface Executor {    void execute(Runnable command);}

2.2 ExecutorService

该接口继承于Executor接口。提供了管理线程池生命周期的方法和提交任务的便利方法。常用的具体的实现有ThreadPoolExecutor、ScheduledThreadPoolExecutor等。

public interface ExecutorService extends Executor {    void shutdown();    List<Runnable> shutdownNow();    boolean isShutdown();    boolean isTerminated();    boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;    <T> Future<T> submit(Callable<T> task);    <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);    Future<?> submit(Runnable task);    <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException;    <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;    <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException, ExecutionException;    <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit)        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;}

2.3 Executors

Executors为一个静态工厂，用于生产Executor、ExecutorService、ScheduledExecutorService、ThreadFactory和Callable。

package java.util.concurrent;public class Executors {    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());    }    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {        return new FinalizableDelegatedExecutorService            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));    }    public static ExecutorService newCachedThreadPool() {        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,                                      60L, TimeUnit.SECONDS,                                      new SynchronousQueue<Runnable>());    }    public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor() {        return new DelegatedScheduledExecutorService            (new ScheduledThreadPoolExecutor(1));    }    public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);    }    public static ThreadFactory defaultThreadFactory() {        return new DefaultThreadFactory();    }    public static ThreadFactory privilegedThreadFactory() {        return new PrivilegedThreadFactory();    }    public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result) {        if (task == null)            throw new NullPointerException();        return new RunnableAdapter<T>(task, result);    }    public static Callable<Object> callable(Runnable task) {        if (task == null)            throw new NullPointerException();        return new RunnableAdapter<Object>(task, null);    }    /** Cannot instantiate. */    private Executors() {}}

3. UML类图

这里写图片描述

4. 线程池

线程池的优点：
1. 重用线程池中的线程，避免因为线程的创建和销毁所带来的性能开销。
2. 能有效控制线程池的最大并发数，避免大量的线程之间因为互相抢占系统资源而导致的阻塞现象。
3. 能够对线程进行管理，并提供定时的执行以及指定间隔循环执行等功能。

4.1 ThreadPoolExecutor

线程池的真正实现为ThreadPoolExecutor，其构造方法如下：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,                          int maximumPoolSize,                          long keepAliveTime,                          TimeUnit unit,                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,                          ThreadFactory threadFactory,                          RejectedExecutionHandler handler)

参数含义
int corePoolSize
线程池的核心线程数，默认情况下，核心线程还在线程池中一直存活，即使处于闲置状态。
若ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut属性设置为true，那么闲置的核心线程会超时，这个时间间隔有参数keepAliveTime决定，闲置等待任务超过keepAliveTime时间后，核心线程就会被终止。

int maximumPoolSize
线程池所能容纳的最大线程数。
当活动线程达到这个值后，后续新的任务将被阻塞。

long keepAliveTime
非核心线程闲置时间超过keepAliveTime将被回收。
若allowCoreThreadTimeOut为true，则核心线程超时也会被回收。

TimeUnit unit
keepAliveTime的时间单位。TimeUnit为一个枚举类型，有TimeUnit.MILLISECONDS、TimeUnit.SECONDS以及TimeUnit.MINUTES等。

BlockingQueue workQueue
线程池中的任务队列，通过线程池的execute方法提交的Runnable对象将会存储在这个参数中。

ThreadFactory threadFactory
线程工厂，为线程池创建新线程。

public interface ThreadFactory {    Thread newThread(Runnable r);}

RejectedExecutionHandler handler
当线程池无法执行新任务时，这可能由于队列已满或是无法成功执行任务，ThreadPoolExecutor会调用handler的rejectedException方法。默认情况下抛出RejectedExecutionException。ThreadPoolExecutor为handler提供了几个可选值：CallerRunsPolicy、AbortPolicy（默认handler）、DiscardPolicy、DiscardOldestPolicy。该参数不常用。

4.2 线程池执行任务的规则

若线程池中的线程数量 < 核心线程数量，那么会创建一个核心线程来执行任务。
若线程池中的线程数量 >= 核心线程数量，那么任务将会被插入到任务队列中排队等待执行。
若因为队列已满，任务无法插入到任务队列中，若此时线程数量< 线程池最大线程数，那么会创建一个非核心线程来执行任务。
若线程数量 > 线程池最大线程数，那么就拒绝执行此任务，ThreadPoolExecutor会调用RejectedExecutionHandler的rejectedExecution方法来通知调用者。

4.3 线程池类型

以下的线程池创建方法都在Executors类中。

4.3.1 FixedThreadPool
创建方法

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());}

任务队列为LinkedBlockingQueue，无界队列。
仅有核心线程，并且核心线程没有超时机制，即不会被回收，所以可以更快地响应外界的请求。

4.3.2 SingleThreadExecutor
创建方法

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {    return new FinalizableDelegatedExecutorService        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));}

一个核心线程，确保所有任务在同一个线程中顺序执行。

4.3.3 CachedThreadPool
创建方法

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,                                  60L, TimeUnit.SECONDS,                                  new SynchronousQueue<Runnable>());}

任务队列为SynchronousQueue。SynchronousQueue的每个 put 必须等待一个 take，反之亦然。同步队列没有任何内部容量，甚至连一个队列的容量都没有。所以每当执行一个任务， CachedThreadPool都要为该任务及时提供一个进程，要么新创建，要么使用闲置线程。
核心线程数为0，非核心线程数为Integer.MAX_VALUE。
线程闲置超时时间为60s。
比较适合执行大量的耗时较少的任务。

4.3.4 ScheduledThreadPool
创建方法

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);}public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,          new DelayedWorkQueue());}

核心线程数固定，非核心线程数为Integer.MAX_VALUE。
线程闲置超时时间为0，则当非核心线程闲置时会被立即回收。主要用于执行定时任务和具有固定周期的重复任务。

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