Java多線程之Executor框架

時間 2019-11-08

標籤 java 多線程 executor 框架欄目 Java 简体版

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引言java

Executor框架是指JDK 1.5中引入的一系列併發庫中與Executor相關的功能類，包括Executor、Executors、ExecutorService、Future、Callable等。多線程

1、爲何要引入Executor框架？併發

一、若是使用new Thread(...).start()的方法處理多線程，有以下缺點：框架

① 開銷大。對於JVM來講，每次新建線程和銷燬線程都會有很大的開銷。ide

② 線程缺少管理。沒有一個池來限制線程的數量，若是併發量很高，會建立不少線程，並且線程之間可能會有相互競爭，這將會過多佔用系統資源，增長系統資源的消耗量。並且線程數量超過系統負荷，容易致使系統不穩定。測試

二、使用線程池的方法，有以下優勢：spa

① 線程複用。經過複用建立了的線程，減小了線程的建立、消亡的開銷。.net

② 有效控制併發線程數。線程

③ 提供了更簡單靈活的線程管理。能夠提供定時執行、單線程、可變線程數等多種使用功能。設計

2、Executor框架的UML圖

3、下面開始分析一下Executor框架中幾個比較重要的接口和類。

一、Callable

Callable位於java.util.concurrent包下，它是一個接口，只聲明瞭一個call()方法。

Callable接口相似於Runnable，二者都是爲了可能在線程中執行的類而設計的。和Runnable接口中的run()方法相似，Callable 提供的call()方法做爲線程的執行體。可是call()比run()方法更強大，體如今

① call方法有返回值。

② call方法能夠聲明拋出異常。

二、Future

Future 接口位於java.util.concurrent包下，是Java 1.5中引入的接口。

Future主要用來對具體的Runnable或Callable任務的執行結果進行取消、查詢是否完成、獲取結果。必要時能夠經過get()方法獲取執行結果，get()方法會阻塞知道任務返回結果。

當你提交一個Callable對象給線程池時，將獲得一個Future對象，而且它和你傳入的Callable示例有相同泛型。

Future 接口中的5個方法：

public interface Future<V> {
    //用來取消任務
    //參數mayInterruptIfRunning表示是否容許取消正在執行卻沒有執行完畢的任務。
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    //表示任務是否被取消成功
    boolean isCancelled();
    //表示任務是否已經完成
    boolean isDone();
    //用來獲取執行結果，這個方法會產生阻塞，會一直等到任務執行完畢才返回；
    V get()
    //用來獲取執行結果，若是在指定時間內，還沒獲取到結果，會拋出TimeoutException異常。
    V get(long timeout, TimeUnit unit)
}

Future提供了三種功能：

① 判斷任務是否完成

② 可以中斷任務

③ 可以獲取任務執行結果

三、Executor

Executor是一個接口，它將任務的提交與任務的執行分離開來，定義了一個接收Runnable對象的方法executor。Executor是Executor框架中最基礎的一個接口，相似於集合中的Collection接口。

四、ExecutorService

ExecutorService繼承了Executor，是一個比Executor使用更普遍的子類接口。定義了終止任務、提交任務、跟蹤任務返回結果等方法。

一個ExecutorService是能夠關閉的，關閉以後它將不能再接收任何任務，對於不在使用的ExecutorService，應該將其關閉以釋放資源。

ExecutorService方法介紹：

package java.util.concurrent;

import java.util.List;
import java.util.Collection;

public interface ExecutorService extends Executor {

    /**
     * 平滑地關閉線程池，已經提交到線程池中的任務會繼續執行完。
     */
    void shutdown();

    /**
     * 當即關閉線程池，返回尚未開始執行的任務列表。
     * 會嘗試中斷正在執行的任務（每一個線程調用 interruput方法），但這個行爲不必定會成功。
     */
    List<Runnable> shutdownNow();

    /**
     * 判斷線程池是否已經關閉
     */
    boolean isShutdown();

    /**
     * 判斷線程池的任務是否已經執行完畢。
     * 注意此方法調用以前須要先調用shutdown()方法或者shutdownNow()方法，不然老是會返回false
     */
    boolean isTerminated();

    /**
     * 判斷線程池的任務是否都執行完。
     * 若是沒有任務沒有執行完畢則阻塞，直至任務完成或者達到了指定的timeout時間就會返回
     */
    boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;

    /**
     * 提交帶有一個返回值的任務到線程池中去執行（回調），返回的 Future 表示任務的待定結果。
     * 當任務成功完成後，經過 Future 實例的 get() 方法能夠獲取該任務的結果。
     * Future 的 get() 方法是會阻塞的。
     */
    <T> Future<T> submit(Callable<T> task);

    /**
     *提交一個Runnable的任務，當任務完成後，能夠經過Future.get()獲取的是提交時傳遞的參數T result
     * 
     */
    <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);

    /**
     * 提交一個Runnable的人無語，它的Future.get()得不到任何內容，它返回值老是Null。
     * 爲何有這個方法？爲何不直接設計成void submit(Runnable task)這種方式？
     * 這是由於Future除了get這種獲取任務信息外，還能夠控制任務，
     具體體如今 Future的這個方法上：boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)
     這個方法可以去取消提交的Rannable任務。
     */
    Future<?> submit(Runnable task);

    /**
     * 執行一組給定的Callable任務，返回對應的Future列表。列表中每個Future都將持有該任務的結果和狀態。
     * 當全部任務執行完畢後，方法返回，此時而且每個Future的isDone()方法都是true。
     * 完成的任務多是正常結束，也能夠是異常結束
     * 若是當任務執行過程當中，tasks集合被修改了，那麼方法的返回結果將是不肯定的，
       即不能肯定執行的是修改前的任務，仍是修改後的任務
     */
    <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
        throws InterruptedException;

    /**
     * 執行一組給定的Callable任務，返回對應的Future列表。列表中每個Future都將持有該任務的結果和狀態。
     * 當全部任務執行完畢後或者超時後，方法將返回，此時而且每個Future的isDone()方法都是true。
     * 一旦方法返回，未執行完成的任務被取消，而完成的任務可能正常結束或者異常結束， 
     * 完成的任務能夠是正常結束，也能夠是異常結束
     * 若是當任務執行過程當中，tasks集合被修改了，那麼方法的返回結果將是不肯定的
     */
    <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                                  long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;

    /**
     * 執行一組給定的Callable任務，當成功執行完（沒拋異常）一個任務後此方法便返回，返回的是該任務的結果
     * 一旦此正常返回或者異常結束，未執行的任務都會被取消。 
     * 若是當任務執行過程當中，tasks集合被修改了，那麼方法的返回結果將是不肯定的
     */
    <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
        throws InterruptedException, ExecutionException;

    /**
     * 執行一組給定的Callable任務，當在timeout（超時）以前成功執行完（沒拋異常）一個任務後此方法便返回，返回的是該任務的結果
     * 一旦此正常返回或者異常結束，未執行的任務都會被取消。 
     * 若是當任務執行過程當中，tasks集合被修改了，那麼方法的返回結果將是不肯定的
     */
    <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                    long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

shutdown() 和 shutdownNow() 是用來關閉鏈接池的兩個方法，並且這兩個方法都是在當前線程當即返回，不會阻塞至線程池中的方法執行結束。調用這兩個方法以後，鏈接池將不能再接受任務。

下面給寫幾個示例來加深ExecutorService的方法的理解。
先寫兩個任務類：ShortTask和LongTask，這兩個類都繼承了Runnable接口，ShortTask的run()方法執行很快，LongTask的run()方法執行時間爲10s。

public class LongTask implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(10L);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("complete a long task");
    }

}

public class ShortTask implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("complete a short task...");
    }
    
}

測試shutdown()方法

package OSChina.Client;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.*;

public class Client10 {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadpool = Executors.newFixedThreadPool(4);
        threadpool.submit(new ShortTask());
        threadpool.submit(new ShortTask());
        threadpool.submit(new LongTask());
        threadpool.submit(new ShortTask());
        threadpool.shutdown();
        boolean isShutdown = threadpool.isShutdown();
        System.out.println("線程池是否已經關閉：" + isShutdown);
        final SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
        try {
            while (!threadpool.awaitTermination(1L, TimeUnit.SECONDS)){
                System.out.println("線程池中還有任務在執行，當前時間：" + sdf.format(new Date()));
            }
            System.out.println("線程池中已經沒有在執行的任務，線程池已徹底關閉！");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

測試shutdownNow()方法

package OSChina.Client;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Client11 {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadpool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        //將5個任務提交到有3個線程的線程池
        threadpool.submit(new LongTask());
        threadpool.submit(new LongTask());
        threadpool.submit(new LongTask());
        threadpool.submit(new LongTask());
        threadpool.submit(new LongTask());
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1L);
            //關閉線程池
            List<Runnable> waiteRunnables = threadpool.shutdownNow();
            System.out.println("尚未執行的任務數：" + waiteRunnables.size());

            boolean isShutdown = threadpool.isShutdown();
            System.out.println("線程池是否已經關閉：" + isShutdown);

            final SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
            while (!threadpool.awaitTermination(1L, TimeUnit.SECONDS)) {
                System.out.println("線程池中還有任務在執行，當前時間：" + sdf.format(new Date()));
            }

            System.out.println("線程池中已經沒有在執行的任務，線程池已徹底關閉！");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

當調用shutdownNow()後，三個執行的任務都被interrupt了。並且awaitTermination(1L, TimeUnit.SECONDS)返回的都是true。

測試submit(Callable<T> task)方法

package OSChina.Client;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class CallableTask implements Callable{
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5L);
        return "success";
    }
}

package OSChina.Client;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

public class Client12 {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadpool = null;
        threadpool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        final SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
        System.out.println("提交一個callable任務到線程池，如今時間是：" + sdf.format(new Date()));
        Future<String> future = threadpool.submit(new CallableTask());
        try {
            System.out.println("獲取callable任務的結果：" + future.get() + "，如今時間是：" + sdf.format(new Date()));
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(threadpool!=null){
                threadpool.shutdown();
            }
        }
    }
}

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