Java并发编程——Executor接口及线程池的使用

来源：互联网发布：微信公众号域名备案编辑：程序博客网时间：2024/05/22 07:05

在如今的程序里，单线程的程序，应该已经比较少了，而Java语言是内置支持多线程并发的，大家都说Java语言内置支持多线程，非常非常的强大和方便，但一直没有深入研究jdk内concurrent包。今天就认真学习了一下java.util.concurrent包，发现jdk多线程编程果然是强大和方便。本文是学习java.util.concurrent包内线程池及相关接口的一些总结。

任务接口抽象

Runnable接口

在java.lang包内，为多线程提供了Runnable接口。

public interface Runnable {    public abstract void run();}

Runnable接口只是简单地提供了一个任务运行的入口。但对于任务执行的结果以及任务的状态，都是没有定义的。但在jdk 1.5之后，Java针对多线程任务，提供了更强大的接口支持。那就是提供了Callable和Future接口。这两个接口，为Task提供了更多的抽象。可以更方便进行Task抽象。

Callable接口

Callable接口，虽然定义仍然很简单。但提供了Task运行的返回值，同时，也支持抛出异常。Callable接口的定义如下：

public interface Callable<V> {    V call() throws Exception;}

Future接口

Future接口，是对异步任务结果的抽象。Future接口可以查询任务执行结果，或者等待任务结果，并且可以获取任务的执行结果。Future接口有5个方法。
1. cancel 用于取消任务，mayInterruptIfRunning参数表示，是否通过中断取消正在运行的任务，如果任务已经完成，则此方法返回false；
2. isCancelled 任务是否被取消，如果任务在正常完成前被取消，则返回true；
3. isDone 任务是否完成，无论任务是通过正常执行完，或者中途抛出异常，或者被取消，都认为任务已经完成；
4. get 获取任务执行结果，如果任务正在执行，则等待任务执行完成。get可以指定超时时间，如果超时，则抛出TimeoutException异常，如果任务被取消，则抛出CancellationException异常，如果任务在中途抛出异常，则get方法将异常封装在ExecutionException异常内，并抛出；如果当前线程被中断，则抛出InterruptedException异常。

Future接口定义如下：

public interface Future<V> {    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);    boolean isCancelled();    boolean isDone();    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;    V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;}

Executor(执行器接口)

使用Thread和Runnable接口创建异步任务，线程和线程执行任务之间都是紧耦合的，同时，多个任务的执行策略，需要程序员自己进行繁琐地控制。为了将任务提交和任务执行之间进行解耦，Java在jdk1.5之后，提供了Executor接口。Executor接口定义如下：

public interface Executor {    void execute(Runnable command);}

Executor接口是基于生产者-消费者模式，生产者只需要调用execute方法提交任务，至于消费者什么时候在哪里执行方法是和生产者解耦的。

线程池概述

在Java的java.util.concurrent包内，通过Executors类的静态方法，主要提供了4种线程池。具体如下：

方法作用 newFixedThreadPool 创建一个定长的线程池，当提交一个任务就会创建一个线程，直到达到池子的最大长度，然后线程池内的线程数不会再变化，如果有线程由于异常Exception而结束，线程池会补充一个新的线程。 newCachedThreadPool 创建一个可缓存的线程池，如果当前线程池内空闲线程过多，它可以灵活地回收空闲的线程，当需求增加时，它可以灵活地添加新的线程，而不会对池的长度作任何限制。 newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的executor，并只创建唯一的工作线程来执行任务，如果这个线程异常结束，会另外创建一个取代它。executor会保证任务依照任务队列所规定的顺序(FIFO,LIFO,优先级)执行。 newScheduledThreadPool 创建一个定长的线程池，而且支持定时的和周期性任务执行，类似于Timer。

ExecutorService接口

在上面四种线程池，newFixedThreadPool，newCachedThreadPool和newSingleThreadExecutor都是返回ExecutorService接口的对象。

ExecutorService接口是继承Executor接口的，ExecutorService接口提供了更多更丰富的方法。主要方法如下：
1. submit submit方法通过重载，可以接受Callable任务对象和Runnable对象；submit方法返回一个Future对象。通过返回的Future对象，可以进行线程池任务状态的查询，以及取消任务。
2. invokeAll invokeAll方法可以进行任务的匹配提交，接受一个任务列表，同时可以可选提供一个超时时间；invokeAll方法返回一个Future对象列表。
3. isShutdown 线程池是否已经关闭
4. isTerminated 线程池所有任务是否已经执行完全。
5. shutdown 关闭线程池，线程池关闭后，则不能再接受任务。此方法只是使线程池不再接收新的任务，但已经提交的任务，仍然会继续运行。
6. shutdownNow 立刻关闭线程池，正在运行的任务会继续执行。未执行的任务将不会再执行，并将等待执行的任务返回。
7. awaitTermination 在指定时间内，等待线程池任务完成。

下面是定长线程池以及Future接口和Callable接口的代码示例：

package com.test.concurrent;import java.util.ArrayList;import java.util.List;import java.util.concurrent.*;class Job1 implements Callable<Boolean> {    int id = 0;    public Job1(int id ){        this.id = id;    }    public Boolean call() throws Exception {        System.out.println("Job1 running.id:"+id+" Current time:"+System.currentTimeMillis());        return false;    }}class Job2 implements Callable<Boolean> {    int id =0;    public Job2(int id ){        this.id = id;    }    public Boolean call() throws Exception {        System.out.println("Job2 running.id:"+id+" Current time:"+System.currentTimeMillis());        Thread.sleep(15*1000);        System.out.println("Job2 end.id:"+id+" Current time:"+System.currentTimeMillis());        return true;    }}class Job3 implements Callable<Boolean> {    int id =0;    public Job3(int id ){        this.id = id;    }    public Boolean call() throws Exception {        System.out.println("Job3 running.id:"+id+" Current time:"+System.currentTimeMillis());        throw new RuntimeException("Job3 throw exception.");    }}public class ThreadPool {    static void addTask() throws InterruptedException, ExecutionException {        int id = 0;        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);        Future<Boolean> future1 = executor.submit(new Job1(++id));        Future<Boolean> future2 = executor.submit(new Job2(++id));        Future<Boolean> future3 = executor.submit(new Job3(++id));        System.out.println("job1 is done:"+future1.isDone());        System.out.println("job1 result:"+future1.get());        System.out.println("job2 is done:"+future2.isDone());        System.out.println("job2 result:"+future2.get());        try {            System.out.println("job3 result:"+future3.get());        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        } catch (ExecutionException e) {            e.printStackTrace();            e.getCause();        }        List<Callable<Boolean>> taskList = new ArrayList<Callable<Boolean>>();        taskList.add(new Job1(++id));        taskList.add(new Job2(++id));        List<Future<Boolean>> futures = executor.invokeAll(taskList);        for (Future<Boolean> future : futures) {            System.out.println(future.get());        }        executor.shutdown();        executor.submit(new Job1(2));    }    public static void main( String[] args ) throws InterruptedException, ExecutionException {        addTask();    }}

上面的代码，执行结果如下：

Job1 running.id:1 Current time:1468632394429Job2 running.id:2 Current time:1468632394430job1 is done:trueJob3 running.id:3 Current time:1468632394431job1 result:falsejob2 is done:falseJob2 end.id:2 Current time:1468632409431job2 result:truejava.util.concurrent.ExecutionException: java.lang.RuntimeException: Job3 throw exception.    at java.util.concurrent.FutureTask.report(FutureTask.java:122)    at java.util.concurrent.FutureTask.get(FutureTask.java:188)    at com.test.concurrent.ThreadPool.addTask(ThreadPool.java:56)    at com.test.concurrent.ThreadPool.main(ThreadPool.java:77)    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:57)    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:606)    at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:140)Caused by: java.lang.RuntimeException: Job3 throw exception.    at com.test.concurrent.Job3.call(ThreadPool.java:40)    at com.test.concurrent.Job3.call(ThreadPool.java:33)    at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:262)    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)Job1 running.id:4 Current time:1468632409434Job2 running.id:5 Current time:1468632409434Job2 end.id:5 Current time:1468632424435falsetrueException in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task java.util.concurrent.FutureTask@67854d1f rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@608a6351[Shutting down, pool size = 1, active threads = 0, queued tasks = 0, completed tasks = 5]    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2048)    at com.test.concurrent.ThreadPool.addTask(ThreadPool.java:73)    at com.test.concurrent.ThreadPool.main(ThreadPool.java:77)

ScheduledExecutorService接口

ScheduledExecutorService接口继承ExecutorService接口，但额外提供了三个用于周期调度任务的接口。

方法说明 schedule(Callable callable, long delay, TimeUnit unit) 提交任务，并且指定任务延迟执行的时间，此方法提交的任务，只会被执行一次 scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit) 提交一个任务，同时指定延迟时间initialDelay，每隔任务开始period时间，如果，任务已经结束，则会再次调度任务；如果任务没有结束，则任务结束后，则会立刻调度。如果没有空闲进程，则仍旧会等待 scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay, TimeUnit unit) 提交任务，指定延迟时间initialDelay，每次任务结束后，再间隔delay时间，再次调度任务

scheduleAtFixedRate和scheduleWithFixedDelay方法的区别，主要是scheduleAtFixedRate方法的任务间隔是以任务起始时间算，scheduleWithFixedDelay方法是以任务结束时间算的。

package com.test.concurrent;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;class ScheduledTask1 implements Runnable{    AtomicInteger index = new AtomicInteger(0);    public void run() {        int tmp_index = index.addAndGet(1);        System.out.println("Thread name:"+Thread.currentThread().getName()+". Task1 begin running. index:"+tmp_index+" Current time:"+System.currentTimeMillis());        try {            Thread.sleep(10*1000);        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }        System.out.println("Task1 end running. index:"+tmp_index+" Current time:"+System.currentTimeMillis());    }}class ScheduledTask2 implements Runnable{    AtomicInteger index = new AtomicInteger(100);    public void run() {        int tmp_index = index.addAndGet(1);        System.out.println("Thread name:"+Thread.currentThread().getName()+". Task2 begin running. index:"+tmp_index+" Current time:"+System.currentTimeMillis());        try {            Thread.sleep(10*1000);        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }        System.out.println("Task2 end running. index:"+tmp_index+" Current time:"+System.currentTimeMillis());    }}class ScheduledTask3 implements Runnable{    AtomicInteger index = new AtomicInteger(1000);    public void run() {        int tmp_index = index.addAndGet(1);        System.out.println("Thread name:"+Thread.currentThread().getName()+". Task3 begin running. index:"+tmp_index+" Current time:"+System.currentTimeMillis());        try {            Thread.sleep(10*1000);        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }        System.out.println("Task3 end running. index:"+tmp_index+" Current time:"+System.currentTimeMillis());    }}public class ScheduledPool {    static public void addTask() throws InterruptedException {        ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(1);        executor.schedule(new ScheduledTask1(), 20, TimeUnit.SECONDS);        executor.scheduleAtFixedRate(new ScheduledTask2(), 0, 5, TimeUnit.SECONDS);        ScheduledExecutorService executor2 = Executors.newScheduledThreadPool(1);        executor2.scheduleWithFixedDelay(new ScheduledTask3(), 0, 5, TimeUnit.SECONDS);        Thread.sleep(50*1000);        executor.shutdown();        executor.shutdown();    }    public static void main( String[] args ) throws InterruptedException {        addTask();    }}

上面代码，运行结果如下：

Thread name:pool-1-thread-1. Task2 begin running. index:101 Current time:1468637711181Thread name:pool-2-thread-1. Task3 begin running. index:1001 Current time:1468637711182Task2 end running. index:101 Current time:1468637721183Thread name:pool-1-thread-1. Task2 begin running. index:102 Current time:1468637721183Task3 end running. index:1001 Current time:1468637721183Thread name:pool-2-thread-1. Task3 begin running. index:1002 Current time:1468637726184Task2 end running. index:102 Current time:1468637731184Thread name:pool-1-thread-1. Task2 begin running. index:103 Current time:1468637731184Task3 end running. index:1002 Current time:1468637736185Task2 end running. index:103 Current time:1468637741185Thread name:pool-1-thread-1. Task2 begin running. index:104 Current time:1468637741185Thread name:pool-2-thread-1. Task3 begin running. index:1003 Current time:1468637741185Task2 end running. index:104 Current time:1468637751185Thread name:pool-1-thread-1. Task1 begin running. index:1 Current time:1468637751186Task3 end running. index:1003 Current time:1468637751186Thread name:pool-2-thread-1. Task3 begin running. index:1004 Current time:1468637756187Task1 end running. index:1 Current time:1468637761186Task3 end running. index:1004 Current time:1468637766187

可以看出，ScheduledTask2任务，会在上次任务结束后，立马开始运行，而ScheduledTask3任务，则会在上次任务结束后，再等待5秒再运行，当executor线程池中，添加了一个新的阻塞任务后，则ScheduledTask2任务，会等待上个任务运行结束。同时，从上面的线程池名称可以看出，线程池中，线程的数量是固定的。

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