Java程序员必备知识-多线程框架Executor详解

时间  2019-12-11
标签 java 程序员 必备 知识 多线程 框架 executor 详解 栏目 Java 繁體版
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为何引入Executor线程池框架

new Thread()的缺点

每次new Thread()耗费性能
调用new Thread()建立的线程缺少管理，被称为野线程，并且能够无限制建立，之间相互竞争，会致使过多占用系统资源致使系统瘫痪。
不利于扩展，好比如定时执行、按期执行、线程中断javascript

采用线程池的优势

重用存在的线程，减小对象建立、消亡的开销，性能佳
可有效控制最大并发线程数，提升系统资源的使用率，同时避免过多资源竞争，避免堵塞
提供定时执行、按期执行、单线程、并发数控制等功能html

Executor的介绍

在Java 5以后，并发编程引入了一堆新的启动、调度和管理线程的API。java

Executor框架即是Java 5中引入的，

其内部使用了线程池机制，它在java.util.cocurrent 包下，经过该框架来控制线程的启动、执行和关闭，能够简化并发编程的操做。所以，在Java 5以后，经过Executor来启动线程比使用Thread的start方法更好，除了更易管理，效率更好（用线程池实现，节约开销）外，还有关键的一点：有助于避免this逃逸问题——若是咱们在构造器中启动一个线程，由于另外一个任务可能会在构造器结束以前开始执行，此时可能会访问到初始化了一半的对象用Executor在构造器中。面试

Executor框架包括：线程池，Executor，Executors，ExecutorService，CompletionService，Future，Callable等。编程

Executors方法介绍

Executors工厂类

经过Executors提供四种线程池，newFixedThreadPool、newCachedThreadPool、newSingleThreadExecutor、newScheduledThreadPool。缓存

1.public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
建立固定数目线程的线程池。服务器

2.public static ExecutorService newCachedThreadPool()
建立一个可缓存的线程池，调用execute将重用之前构造的线程（若是线程可用）。若是现有线程没有可用的，则建立一个新线 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。微信

3.public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
建立一个单线程化的Executor。markdown

4.public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
建立一个支持定时及周期性的任务执行的线程池，多数状况下可用来替代Timer类。多线程

1.newFixedThreadPool建立一个可重用固定线程数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。

示例
 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            Runnable syncRunnable = new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Log.e(TAG, Thread.currentThread().getName());
                }
            };
            executorService.execute(syncRunnable);
        }

运行结果：总共只会建立5个线程， 开始执行五个线程，当五个线程都处于活动状态，再次提交的任务都会加入队列等到其余线程运行结束，当线程处于空闲状态时会被下一个任务复用

2.newCachedThreadPool建立一个可缓存线程池，若是线程池长度超过处理须要，可灵活回收空闲线程

示例：

        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            Runnable syncRunnable = new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Log.e(TAG, Thread.currentThread().getName());
                }
            };
            executorService.execute(syncRunnable);
        }

运行结果：能够看出缓存线程池大小是不定值，能够须要建立不一样数量的线程，在使用缓存型池时，先查看池中有没有之前建立的线程，若是有，就复用.若是没有，就新建新的线程加入池中，缓存型池子一般用于执行一些生存期很短的异步型任务

3.newScheduledThreadPool建立一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行

schedule(Runnable command,long delay, TimeUnit unit)建立并执行在给定延迟后启用的一次性操做

示例：表示从提交任务开始计时，5000毫秒后执行
    ScheduledExecutorService executorService = Executors.newScheduledThreadPool(5);
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            Runnable syncRunnable = new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Log.e(TAG, Thread.currentThread().getName());
                }
            };
            executorService.schedule(syncRunnable, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS);
        }

运行结果和newFixedThreadPool相似，不一样的是newScheduledThreadPool是延时必定时间以后才执行

scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnitunit)

建立并执行一个在给定初始延迟后首次启用的按期操做，后续操做具备给定的周期；也就是将在 initialDelay 后开始执行，而后在initialDelay+period 后执行，接着在 initialDelay + 2 * period 后执行，依此类推 

ScheduledExecutorService executorService = Executors.newScheduledThreadPool(5);
        Runnable syncRunnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Log.e(TAG, Thread.currentThread().getName());
            }
        };
        executorService.scheduleAtFixedRate(syncRunnable, 5000, 3000, TimeUnit.MILLISECONDS);

scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay, TimeUnit unit)

建立并执行一个在给定初始延迟后首次启用的按期操做，随后，在每一次执行终止和下一次执行开始之间都存在给定的延迟

ScheduledExecutorService executorService = Executors.newScheduledThreadPool(5);
        Runnable syncRunnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Log.e(TAG, Thread.currentThread().getName());
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        executorService.scheduleWithFixedDelay(syncRunnable, 5000, 3000, TimeUnit.MILLISECONDS);

4.newSingleThreadExecutor建立一个单线程化的线程池，它只会用惟一的工做线程来执行任务，保证全部任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            Runnable syncRunnable = new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Log.e(TAG, Thread.currentThread().getName());
                }
            };
            executorService.execute(syncRunnable);
        }

运行结果：只会建立一个线程，当上一个执行完以后才会执行第二个

ExecutorService

ExecutorService是一个接口，ExecutorService接口继承了Executor接口，定义了一些生命周期的方法。

public interface ExecutorService extends Executor {


    void shutdown();//顺次地关闭ExecutorService,中止接收新的任务，等待全部已经提交的任务执行完毕以后，关闭ExecutorService


    List<Runnable> shutdownNow();//阻止等待任务启动并试图中止当前正在执行的任务，中止接收新的任务，返回处于等待的任务列表


    boolean isShutdown();//判断线程池是否已经关闭

    boolean isTerminated();//若是关闭后全部任务都已完成，则返回 true。注意，除非首先调用 shutdown 或 shutdownNow，不然 isTerminated 永不为 true。


    boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)//等待（阻塞）直到关闭或最长等待时间或发生中断,timeout - 最长等待时间 ,unit - timeout 参数的时间单位 若是此执行程序终止，则返回 true；若是终止前超时期满，则返回 false 


    <T> Future<T> submit(Callable<T> task);//提交一个返回值的任务用于执行，返回一个表示任务的未决结果的 Future。该 Future 的 get 方法在成功完成时将会返回该任务的结果。


    <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);//提交一个 Runnable 任务用于执行，并返回一个表示该任务的 Future。该 Future 的 get 方法在成功完成时将会返回给定的结果。


    Future<?> submit(Runnable task);//提交一个 Runnable 任务用于执行，并返回一个表示该任务的 Future。该 Future 的 get 方法在成功 完成时将会返回 null


    <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)//执行给定的任务，当全部任务完成时，返回保持任务状态和结果的 Future 列表。返回列表的全部元素的 Future.isDone() 为 true。
        throws InterruptedException;


    <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                                  long timeout, TimeUnit unit)//执行给定的任务，当全部任务完成时，返回保持任务状态和结果的 Future 列表。返回列表的全部元素的 Future.isDone() 为 true。
        throws InterruptedException;


    <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)//执行给定的任务，若是在给定的超时期满前某个任务已成功完成（也就是未抛出异常），则返回其结果。一旦正常或异常返回后，则取消还没有完成的任务。
        throws InterruptedException, ExecutionException;


    <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                    long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

ExecutorService接口继承自Executor接口，它提供了更丰富的实现多线程的方法，好比，ExecutorService提供了关闭本身的方法，以及可为跟踪一个或多个异步任务执行情况而生成 Future 的方法。 能够调用ExecutorService的shutdown（）方法来平滑地关闭 ExecutorService，调用该方法后，将致使ExecutorService中止接受任何新的任务且等待已经提交的任务执行完成(已经提交的任务会分两类：一类是已经在执行的，另外一类是尚未开始执行的)，当全部已经提交的任务执行完毕后将会关闭ExecutorService。所以咱们通常用该接口来实现和管理多线程。

ExecutorService的生命周期包括三种状态：运行、关闭、终止。建立后便进入运行状态，当调用了shutdown（）方法时，便进入关闭状态，此时意味着ExecutorService再也不接受新的任务，但它还在执行已经提交了的任务，当素有已经提交了的任务执行完后，便到达终止状态。若是不调用shutdown（）方法，ExecutorService会一直处在运行状态，不断接收新的任务，执行新的任务，服务器端通常不须要关闭它，保持一直运行便可。

Executor执行Runnable任务

一旦Runnable任务传递到execute（）方法，该方法便会自动在一个线程上执行。下面是是Executor执行Runnable任务的示例代码：

public class TestCachedThreadPool{   
    public static void main(String[] args){   
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();   
// ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5); 
// ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor(); 
        for (int i = 0; i < 5; i++){   
            executorService.execute(new TestRunnable());   
            System.out.println("************* a" + i + " *************");   
        }   
        executorService.shutdown();   
    }   
}   

class TestRunnable implements Runnable{   
    public void run(){   
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程被调用了。");   
    }   
}

结果

这里写图片描述

Executor执行Callable任务

在Java 5以后，任务分两类：一类是实现了Runnable接口的类，一类是实现了Callable接口的类。二者均可以被ExecutorService执行，可是Runnable任务没有返回值，而Callable任务有返回值。而且Callable的call()方法只能经过ExecutorService的submit(Callable task) 方法来执行，而且返回一个 Future，是表示任务等待完成的 Future。

下面给出一个Executor执行Callable任务的示例代码：

public class CallableDemo{   
    public static void main(String[] args){   
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();   
        List<Future<String>> resultList = new ArrayList<Future<String>>();   

        //建立10个任务并执行 
        for (int i = 0; i < 10; i++){   
            //使用ExecutorService执行Callable类型的任务，并将结果保存在future变量中 
            Future<String> future = executorService.submit(new TaskWithResult(i));   
            //将任务执行结果存储到List中 
            resultList.add(future);   
        }   

        //遍历任务的结果 
        for (Future<String> fs : resultList){   
                try{   
                    while(!fs.isDone);//Future返回若是没有完成，则一直循环等待，直到Future返回完成 
                    System.out.println(fs.get());     //打印各个线程（任务）执行的结果 
                }catch(InterruptedException e){   
                    e.printStackTrace();   
                }catch(ExecutionException e){   
                    e.printStackTrace();   
                }finally{   
                    //启动一次顺序关闭，执行之前提交的任务，但不接受新任务 
                    executorService.shutdown();   
                }   
        }   
    }   
}   


class TaskWithResult implements Callable<String>{   
    private int id;   

    public TaskWithResult(int id){   
        this.id = id;   
    }   

    /** * 任务的具体过程，一旦任务传给ExecutorService的submit方法， * 则该方法自动在一个线程上执行 */   
    public String call() throws Exception {  
        System.out.println("call()方法被自动调用！！！ " + Thread.currentThread().getName());   
        //该返回结果将被Future的get方法获得 
        return "call()方法被自动调用，任务返回的结果是：" + id + " " + Thread.currentThread().getName();   
    }   
}

某次执行结果以下：

这里写图片描述

从结果中能够一样能够看出，submit也是首先选择空闲线程来执行任务，若是没有，才会建立新的线程来执行任务。另外，须要注意：若是Future的返回还没有完成，则get（）方法会阻塞等待，直到Future完成返回，能够经过调用isDone（）方法判断Future是否完成了返回。

自定义线程池

自定义线程池，能够用ThreadPoolExecutor类建立，它有多个构造方法来建立线程池，用该类很容易实现自定义的线程池，这里先贴上示例程序：

public class ThreadPoolTest{   
    public static void main(String[] args){   
        //建立等待队列 
        BlockingQueue<Runnable> bqueue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(20);   
        //建立线程池，池中保存的线程数为3，容许的最大线程数为5 
        ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(3,5,50,TimeUnit.MILLISECONDS,bqueue);   
        //建立七个任务 
        Runnable t1 = new MyThread();   
        Runnable t2 = new MyThread();   
        Runnable t3 = new MyThread();   
        Runnable t4 = new MyThread();   
        Runnable t5 = new MyThread();   
        Runnable t6 = new MyThread();   
        Runnable t7 = new MyThread();   
        //每一个任务会在一个线程上执行 
        pool.execute(t1);   
        pool.execute(t2);   
        pool.execute(t3);   
        pool.execute(t4);   
        pool.execute(t5);   
        pool.execute(t6);   
        pool.execute(t7);   
        //关闭线程池 
        pool.shutdown();   
    }   
}   

class MyThread implements Runnable{   
    @Override   
    public void run(){   
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在执行。。。");   
        try{   
            Thread.sleep(100);   
        }catch(InterruptedException e){   
            e.printStackTrace();   
        }   
    }   
}

参考

http://gold.xitu.io/entry/57cbaf667db2a2007895256e
http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/17465497
http://www.infoq.com/cn/articles/executor-framework-thread-pool-task-execution-part-01
http://www.cnblogs.com/limingluzhu/p/4858776.html

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