Java 并发编程中的 Executor 框架与线程池

Java 5 开始引入 Conccurent 软件包，提供完备的并发能力，对线程池有了更好的支持。其中，Executor 框架是最值得称道的。

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，Executor.execute(Runnalbe) 。Executor在执行时使用内部的线程池完成操作。

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。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)

创建固定数目线程的线程池。

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。

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()

创建一个单线程化的Executor。

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。

 Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
 Runnable task = new Runnable() {  

     @Override  

     public void run() {  

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

     }  

 };  

 executor.execute(task);  

或者

 executor = Executors.newScheduledThreadPool(10);
 ScheduledExecutorService scheduler = (ScheduledExecutorService) executor;
 scheduler.scheduleAtFixedRate(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。

 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实现了Future和Runable。Callable代表一个有返回值得操作。

 Callable func = new Callable(){  

     public Integer call() throws Exception {  

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

         Thread.sleep(1000);  

         return new Integer(8);  

     }         

 };        

 FutureTask futureTask  = new FutureTask(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。

 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> tasks = new ArrayList>();  

     // 内部类  

     class SumCalculator implements Callable {  

         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 task = new FutureTask(subCalc);  

             tasks.add(task);  

             if (!exec.isShutdown()) {  

                 exec.submit(task);  

             }  

         }  

         return getResult();  

     }  

     public Long getResult() {  

         Long result = 0l;  

         for (Future 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();  

     }  

 }  

 Main

 int[] numbers = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11 };  

 ConcurrentCalculator calc = new ConcurrentCalculator();  

 Long sum = calc.sum(numbers);  

 System.out.println(sum);  

 calc.close();  

 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：

 public class ConcurrentCalculator2 {  

     private ExecutorService exec;  

     private CompletionService completionService;  

     private int cpuCoreNumber;  

     // 内部类  

     class SumCalculator implements Callable {  

         ......  

     }  

     public ConcurrentCalculator2() {  

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

         exec = Executors.newFixedThreadPool(cpuCoreNumber);  

         completionService = new ExecutorCompletionService(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();  

     }  

     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();  

     }  

 }