Java程序员必备知识-多线程框架Executor详解

为什么引入Executor线程池框架

new Thread()的缺点

每次new Thread()耗费性能

调用new Thread()创建的线程缺乏管理，被称为野线程，而且可以无限制创建，之间相互竞争，会导致过多占用系统资源导致系统瘫痪。

不利于扩展，比如如定时执行、定期执行、线程中断

采用线程池的优点

重用存在的线程，减少对象创建、消亡的开销，性能佳

可有效控制最大并发线程数，提高系统资源的使用率，同时避免过多资源竞争，避免堵塞

提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能

Executor的介绍

在Java 5之后，并发编程引入了一堆新的启动、调度和管理线程的API。

Executor框架便是Java 5中引入的，

其内部使用了线程池机制，它在java.util.cocurrent 包下，通过该框架来控制线程的启动、执行和关闭，可以简化并发编程的操作。因此，在Java 5之后，通过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——如果我们在构造器中启动一个线程，因为另一个任务可能会在构造器结束之前开始执行，此时可能会访问到初始化了一半的对象用Executor在构造器中。

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

Executors方法介绍

Executors工厂类

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

1.public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)

创建固定数目线程的线程池。

2.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。

3.public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()

创建一个单线程化的Executor。

4.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。

1.newFixedThreadPool创建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：总共只会创建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他线程运行结束，当线程处于空闲状态时会被下一个任务复用

2.newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，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：可以看出缓存线程池大小是不定值，可以需要创建不同数量的线程，在使用缓存型池时，先查看池中有没有以前创建的线程，如果有，就复用.如果没有，就新建新的线程加入池中，缓存型池子通常用于执行一些生存期很短的异步型任务

3.newScheduledThreadPool创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行

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

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类似，不同的是newScheduledThreadPool是延时一定时间之后才执行

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

创建并执行一个在给定初始延迟后首次启用的定期操作，后续操作具有给定的周期；也就是将在 initialDelay 后开始执行，然后在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)

创建并执行一个在给定初始延迟后首次启用的定期操作，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创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(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：只会创建一个线程，当上一个执行完之后才会执行第二个

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,停止接收新的任务，等待所有已经提交的任务执行完毕之后，关闭ExecutorService

    List<Runnable> shutdownNow();//阻止等待任务启动并试图停止当前正在执行的任务，停止接收新的任务，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();//如果关闭后所有任务都已完成，则返回 true。注意，除非首先调用 shutdown 或 shutdownNow，否则 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  如果此执行程序终止，则返回 true；如果终止前超时期满，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，当所有任务完成时，返回保持任务状态和结果的 Future 列表。返回列表的所有元素的 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，当所有任务完成时，返回保持任务状态和结果的 Future 列表。返回列表的所有元素的 Future.isDone() 为 true。
        throws InterruptedException;

    <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)//执行给定的任务，如果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，则取消尚未完成的任务。
        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，比如，ExecutorService提供了关闭自己的方法，以及可为跟踪一个或多个异步任务执行状况而生成 Future 的方法。 可以调用ExecutorService的shutdown（）方法来平滑地关闭 ExecutorService，调用该方法后，将导致ExecutorService停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，另一类是还没有开始执行的)，当所有已经提交的任务执行完毕后将会关闭ExecutorService。因此我们一般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。创建后便进入运行状态，当调用了shutdown（）方法时，便进入关闭状态，此时意味着ExecutorService不再接受新的任务，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。如果不调用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，服务器端一般不需要关闭它，保持一直运行即可。

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

Executor执行Callable任务

在Java 5之后，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。两者都可以被ExecutorService执行，但是Runnable任务没有返回值，而Callable任务有返回值。并且Callable的call()方法只能通过ExecutorService的submit(Callable task) 方法来执行，并且返回一个 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>>();   

        //创建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返回如果没有完成，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，执行以前提交的任务，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方法得到
        return "call()方法被自动调用，任务返回的结果是：" + id + "    " + Thread.currentThread().getName();
    }
}  

某次执行结果如下：

从结果中可以同样可以看出，submit也是首先选择空闲线程来执行任务，如果没有，才会创建新的线程来执行任务。另外，需要注意：如果Future的返回尚未完成，则get（）方法会阻塞等待，直到Future完成返回，可以通过调用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，可以用ThreadPoolExecutor类创建，它有多个构造方法来创建线程池，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){
        //创建等待队列
        BlockingQueue<Runnable> bqueue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(20);
        //创建线程池，池中保存的线程数为3，允许的最大线程数为5
        ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(3,5,50,TimeUnit.MILLISECONDS,bqueue);
        //创建七个任务
        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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