java并发编程--Executor框架

Posted 2020-09-21 龍清扬

摘要：

       Eexecutor作为灵活且强大的异步执行框架，其支持多种不同类型的任务执行策略，提供了一种标准的方法将任务的提交过程和执行过程解耦开发，基于生产者-消费者模式，其提交任务的线程相当于生产者，执行任务的线程相当于消费者，并用Runnable来表示任务，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。

 

1.Exexctor简介

Executor的UML图：（常用的几个接口和子类）

Executor：一个接口，其定义了一个接收Runnable对象的方法executor，其方法签名为executor(Runnable command),

 

ExecutorService：是一个比Executor使用更广泛的子类接口，其提供了生命周期管理的方法，以及可跟踪一个或多个异步任务执行状况返回Future的方法

 

AbstractExecutorService：ExecutorService执行方法的默认实现

 

ScheduledExecutorService：一个可定时调度任务的接口

 

ScheduledThreadPoolExecutor：ScheduledExecutorService的实现，一个可定时调度任务的线程池

 

ThreadPoolExecutor：线程池，可以通过调用Executors以下静态工厂方法来创建线程池并返回一个ExecutorService对象：

 

2.ThreadPoolExecutor构造函数的各个参数说明

ThreadPoolExecutor方法签名：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) //后两个参数为可选参数

参数说明：

corePoolSize：核心线程数，如果运行的线程少于corePoolSize，则创建新线程来执行新任务，即使线程池中的其他线程是空闲的

 

maximumPoolSize:最大线程数，可允许创建的线程数，corePoolSize和maximumPoolSize设置的边界自动调整池大小：

corePoolSize <运行的线程数< maximumPoolSize:仅当队列满时才创建新线程

corePoolSize=运行的线程数= maximumPoolSize：创建固定大小的线程池

 

keepAliveTime:如果线程数多于corePoolSize,则这些多余的线程的空闲时间超过keepAliveTime时将被终止

 

unit:keepAliveTime参数的时间单位

 

workQueue:保存任务的阻塞队列，与线程池的大小有关：

  当运行的线程数少于corePoolSize时，在有新任务时直接创建新线程来执行任务而无需再进队列

  当运行的线程数等于或多于corePoolSize，在有新任务添加时则选加入队列，不直接创建线程

  当队列满时，在有新任务时就创建新线程

 

threadFactory:使用ThreadFactory创建新线程，默认使用defaultThreadFactory创建线程

 

handle:定义处理被拒绝任务的策略，默认使用ThreadPoolExecutor.AbortPolicy,任务被拒绝时将抛出RejectExecutorException

 

3.Executors：提供了一系列静态工厂方法用于创建各种线程池

   newFixedThreadPool:创建可重用且固定线程数的线程池，如果线程池中的所有线程都处于活动状态，此时再提交任务就在队列中等待，直到有可用线程；如果线程池中的某个线程由于异常而结束时，线程池就会再补充一条新线程。

方法签名：

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  //使用一个基于FIFO排序的阻塞队列，在所有corePoolSize线程都忙时新任务将在队列中等待
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

newSingleThreadExecutor:创建一个单线程的Executor，如果该线程因为异常而结束就新建一条线程来继续执行后续的任务

方法签名：

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
   return new FinalizableDelegatedExecutorService
                     //corePoolSize和maximumPoolSize都等于，表示固定线程池大小为1
                        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

newScheduledThreadPool:创建一个可延迟执行或定期执行的线程池

方法签名：

例1：（使用newScheduledThreadPool来模拟心跳机制）

public class HeartBeat {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(5);
        Runnable task = new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("HeartBeat.........................");
            }
        };
        executor.scheduleAtFixedRate(task,5,3, TimeUnit.SECONDS);   //5秒后第一次执行，之后每隔3秒执行一次
    }
}

输出：

HeartBeat....................... //5秒后第一次输出
........ //每隔3秒输出一个

newCachedThreadPool:创建可缓存的线程池，如果线程池中的线程在60秒未被使用就将被移除，在执行新的任务时，当线程池中有之前创建的可用线程就重      用可用线程，否则就新建一条线程

方法签名：

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  //使用同步队列，将任务直接提交给线程
                                  new SynchronousQueue<Runnable>());
}

例2

public class ThreadPoolTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
     ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();//线程池里面的线程数会动态变化，并可在线程线被移除前重用
        for (int i = 1; i <= 3; i ++) {
            final  int task = i;   //10个任务
            //TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            threadPool.execute(new Runnable() {    //接受一个Runnable实例
                public void run() {
                        System.out.println("线程名字： " + Thread.currentThread().getName() +  "  任务名为： "+task);
                }
            });
        }
    }
}

输出：（为每个任务新建一条线程，共创建了3条线程）

线程名字： pool-1-thread-1 任务名为： 1
线程名字： pool-1-thread-2 任务名为： 2
线程名字： pool-1-thread-3 任务名为： 3

去掉第6行的注释其输出如下：（始终重复利用一条线程，因为newCachedThreadPool能重用可用线程）

线程名字： pool-1-thread-1 任务名为： 1
线程名字： pool-1-thread-1 任务名为： 2
线程名字： pool-1-thread-1 任务名为： 3

通过使用Executor可以很轻易的实现各种调优  管理  监视  记录日志和错误报告等待。

 

4.Executor的生命周期

ExecutorService提供了管理Eecutor生命周期的方法，ExecutorService的生命周期包括了：运行  关闭和终止三种状态。

 

ExecutorService在初始化创建时处于运行状态。

shutdown方法等待提交的任务执行完成并不再接受新任务，在完成全部提交的任务后关闭

shutdownNow方法将强制终止所有运行中的任务并不再允许提交新任务

 

可以将一个Runnable（如例2）或Callable（如例3）提交给ExecutorService的submit方法执行，最终返回一上Future用来获得任务的执行结果或取消任务

例3：（任务执行完成后并返回执行结果）

public class CallableAndFuture {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        Future<String> future = executor.submit(new Callable<String>() {   //接受一上callable实例
            public String call() throws Exception {
                return "MOBIN";
            }
        });
        System.out.println("任务的执行结果："+future.get());
    }
}

输出：

任务的执行结果：MOBIN

ExecutorCompletionService:实现了CompletionService，将执行完成的任务放到阻塞队列中，通过take或poll方法来获得执行结果

例4：（启动10条线程，谁先执行完成就返回谁）

 

public class CompletionServiceTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);        //创建含10.条线程的线程池
        CompletionService completionService = new ExecutorCompletionService(executor);
        for (int i =1; i <=10; i ++) {
            final  int result = i;
            completionService.submit(new Callable() {
                public Object call() throws Exception {
                    Thread.sleep(new Random().nextInt(5000));   //让当前线程随机休眠一段时间
                    return result;
                }
            });
        }
        System.out.println(completionService.take().get());   //获取执行结果
    }
}

输出结果可能每次都不同（在1到10之间）

3

通过Executor来设计应用程序可以简化开发过程，提高开发效率，并有助于实现并发，在开发中如果需要创建线程可优先考虑使用Executor