Java并发编程 - Executor，Executors，ExecutorService, CompletionServie,Future,Callable
一、Exectuor框架簡(jiǎn)介?? ? ?
?Java從1.5版本開(kāi)始，為簡(jiǎn)化多線程并發(fā)編程，引入全新的并發(fā)編程包:java.util.concurrent及其并發(fā)編程框架（Executor框架）。?Executor框架是指java 5中引入的一系列并發(fā)庫(kù)中與executor相關(guān)的一些功能類(lèi)，其中包括線程池，Executor，Executors，ExecutorService，CompletionService，Future，Callable等。他們的關(guān)系為? ?
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在Executor框架中，使用執(zhí)行器(Exectuor)來(lái)管理Thread對(duì)象，從而簡(jiǎn)化了并發(fā)編程。
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二、認(rèn)識(shí)Exectuor（執(zhí)行器）
1、并發(fā)編程的一種編程方式是把任務(wù)拆分為一系列的小任務(wù)，即Runnable，然后將這些任務(wù)提交給一個(gè)Executor執(zhí)行，Executor.execute(Runnalbe)?。Executor在執(zhí)行時(shí)使用其內(nèi)部的線程池來(lái)完成操作。
? ? ? Executor的子接口有：ExecutorService,ScheduledExecutorService,已知實(shí)現(xiàn)類(lèi)：AbstractExecutorService,ScheduledThreadPoolExecutor,ThreadPoolExecutor。
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2、Executor屬于public類(lèi)型的接口?？梢杂糜谔峤?#xff0c;管理或者執(zhí)行Runnable任務(wù)。實(shí)現(xiàn)Executor接口的class還可以控制Runnable任務(wù)執(zhí)行線程的具體細(xì)節(jié)。包括線程使用的細(xì)節(jié)、調(diào)度等。一般來(lái)說(shuō)，Runnable任務(wù)開(kāi)辟在新線程中的使用方法為：new Thread(new RunnableTask())).start()
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3、但在Executor中，可以使用Executor而不用顯示地創(chuàng)建線程。例如，可以使用以下方法創(chuàng)建線程，而不是像第2點(diǎn)中為一種任務(wù)中的每個(gè)任務(wù)都調(diào)用new Thread(...)的方法。
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Java代碼???
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4、但是，Executor接口并沒(méi)有嚴(yán)格地要求執(zhí)行必須是異步/同步的，一切都相當(dāng)自由。在最簡(jiǎn)單的情況下，執(zhí)行程序可以在調(diào)用者的線程中立即運(yùn)行已提交的任務(wù)，
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Java代碼???更常見(jiàn)的是，任務(wù)在某個(gè)不是調(diào)用者線程的線程中執(zhí)行的。如在另一個(gè)線程中啟動(dòng)：
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Java代碼???
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?也可以在實(shí)現(xiàn)中用另一個(gè)Executor來(lái)序列化執(zhí)行過(guò)程：
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Java代碼???
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?5、ThreadPoolExecutor類(lèi)提供了一個(gè)可供可擴(kuò)展的線程池實(shí)現(xiàn)。Executors類(lèi)為Executor接口及其實(shí)現(xiàn)提供了便捷的工廠方法。
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6、 Executor中的方法execute。void execute(Runnable command)表示在未來(lái)的某個(gè)時(shí)間執(zhí)行給定的命令。該命令可能在新的線程、已經(jīng)入池的線程或者正在調(diào)用的線程中執(zhí)行。
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三、Executors類(lèi)： 主要用于提供線程池相關(guān)的操作
Executors類(lèi)，提供了一系列工廠方法用于創(chuàng)建線程池，返回的線程池都實(shí)現(xiàn)了ExecutorService接口。
?1、public static ExecutorService newFiexedThreadPool(int Threads)?創(chuàng)建固定數(shù)目線程的線程池。
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2、public static ExecutorService newCachedThreadPool()：創(chuàng)建一個(gè)可緩存的線程池，調(diào)用execute 將重用以前構(gòu)造的線程（如果線程可用）。如果沒(méi)有可用的線程，則創(chuàng)建一個(gè)新線程并添加到池中。終止并從緩存中移除那些已有 60 秒鐘未被使用的線程。
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3、public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()：創(chuàng)建一個(gè)單線程化的Executor。
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4、public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
創(chuàng)建一個(gè)支持定時(shí)及周期性的任務(wù)執(zhí)行的線程池，多數(shù)情況下可用來(lái)替代Timer類(lèi)。
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?四、ExecutorService與生命周期
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1、ExecutorService可以理解為程序員提供了一堆操作Executor的API
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2、ExecutorService擴(kuò)展了Executor并添加了一些生命周期管理的方法。一個(gè)Executor的生命周期有三種狀態(tài)
運(yùn)行、關(guān)閉和終止。
? ? ?Executor創(chuàng)建時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)調(diào)用ExecutorService.shutdown()后，處于關(guān)閉狀態(tài)，isShutdown()方法返回true。這時(shí)，不應(yīng)該再向Executor中添加任務(wù)，所有已添加的任務(wù)執(zhí)行完畢后，Executor處于終止?fàn)顟B(tài)，isTerminated()返回true。如果Executor處于關(guān)閉狀態(tài)，往Executor提交任務(wù)會(huì)拋出unchecked exception RejectedExecutionException。
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3、本質(zhì)
? ? 接口ExecutorService 表述了異步執(zhí)行的機(jī)制，并且可以讓任務(wù)在后臺(tái)執(zhí)行。一個(gè)ExecutorService 實(shí)例因此特別像一個(gè)線程池。事實(shí)上，在 java.util.concurrent 包中的 ExecutorService 的實(shí)現(xiàn)就是一個(gè)線程池的實(shí)現(xiàn)。
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Java代碼???
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? ?該示例代碼首先使用 newFixedThreadPool() 工廠方法創(chuàng)建一個(gè)ExecutorService ，上述代碼創(chuàng)建了一個(gè)可以容納10個(gè)線程任務(wù)的線程池。其次，向 execute() 方法中傳遞一個(gè)異步的 Runnable 接口的實(shí)現(xiàn)，這樣做會(huì)讓 ExecutorService 中的某個(gè)線程執(zhí)行這個(gè)Runnable 線程。
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4、任務(wù)的委托
下方展示了一個(gè)線程的把任務(wù)委托異步執(zhí)行的ExecutorService的示意圖。
?一旦線程把任務(wù)委托給 ExecutorService，該線程就會(huì)繼續(xù)執(zhí)行與運(yùn)行任務(wù)無(wú)關(guān)的其它任務(wù)。
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5、ExecutorService 的實(shí)現(xiàn)
由于 ExecutorService 只是一個(gè)接口，ExecutorService 接口在 java.util.concurrent 包中有如下實(shí)現(xiàn)類(lèi)：
- ThreadPoolExecutor
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ScheduledThreadPoolExecutor
6、ExecutorService 使用方法
這里有幾種不同的方式讓你將任務(wù)委托給一個(gè)ExecutorService：
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Java代碼???
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7、execute(Runnable)
方法 execute(Runnable) 接收一個(gè)java.lang.Runnable 對(duì)象作為參數(shù)，并且以異步的方式執(zhí)行它。如下是一個(gè)使用 ExecutorService 執(zhí)行 Runnable 的例子：
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Java代碼??使用這種方式?jīng)]有辦法獲取執(zhí)行 Runnable 之后的結(jié)果，如果你希望獲取運(yùn)行之后的返回值，就必須使用接收 Callable 參數(shù)的 execute() 方法。接下來(lái)會(huì)提到。
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8、submit(Runnable)
方法 submit(Runnable) 同樣接收一個(gè)Runnable 的實(shí)現(xiàn)作為參數(shù)，但是會(huì)返回一個(gè)Future 對(duì)象。這個(gè)Future 對(duì)象可以用于判斷 Runnable 是否結(jié)束執(zhí)行。如下是一個(gè)ExecutorService 的 submit() 方法的例子：
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Java代碼???
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9、submit(Callable)
方法 submit(Callable) 和方法 submit(Runnable) 比較類(lèi)似，但是區(qū)別則在于它們接收不同的參數(shù)類(lèi)型。Callable 的實(shí)例與 Runnable 的實(shí)例很類(lèi)似，但是 Callable 的 call() 方法可以返回一個(gè)結(jié)果。方法 Runnable.run() 則不能返回結(jié)果。
Callable 的返回值可以從方法 submit(Callable) 返回的 Future 對(duì)象中獲取。如下是一個(gè) ExecutorService Callable 的樣例：
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Java代碼???上述樣例代碼會(huì)輸出如下結(jié)果：
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Java代碼???
10、inVokeAny()
方法 invokeAny() 接收一個(gè)包含 Callable 對(duì)象的集合作為參數(shù)。調(diào)用該方法不會(huì)返回 Future 對(duì)象，而是返回集合中某一個(gè)Callable 對(duì)象的結(jié)果，而且無(wú)法保證調(diào)用之后返回的結(jié)果是哪一個(gè) Callable，只知道它是這些 Callable 中一個(gè)執(zhí)行結(jié)束的 Callable 對(duì)象。如果一個(gè)任務(wù)運(yùn)行完畢或者拋出異常，方法會(huì)取消其它的 Callable 的執(zhí)行。
以下是一個(gè)樣例：
?以上樣例代碼會(huì)打印出在給定的集合中的某一個(gè)Callable 的返回結(jié)果。嘗試運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)每次結(jié)果都在改變。有時(shí)候返回結(jié)果是"Task 1"，有時(shí)候是"Task 2"，等等。
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11、invokeAll()
方法 invokeAll() 會(huì)調(diào)用存在于參數(shù)集合中的所有 Callable 對(duì)象，并且返回一個(gè)包含 Future 對(duì)象的集合，你可以通過(guò)這個(gè)返回的集合來(lái)管理每個(gè) Callable 的執(zhí)行結(jié)果。需要注意的是，任務(wù)有可能因?yàn)楫惓６鴮?dǎo)致運(yùn)行結(jié)束，所以它可能并不是真的成功運(yùn)行了。但是我們沒(méi)有辦法通過(guò) Future 對(duì)象來(lái)了解到這個(gè)差異。
12、ExecutorService服務(wù)的關(guān)閉
? ? ? 當(dāng)使用 ExecutorService 完畢之后，我們應(yīng)該關(guān)閉它，這樣才能保證線程不會(huì)繼續(xù)保持運(yùn)行狀態(tài)。?
? ? ? 舉例來(lái)說(shuō)，如果你的程序通過(guò) main() 方法啟動(dòng)，并且主線程退出了你的程序，如果還有一個(gè)活動(dòng)的 ExecutorService 存在于程序中，那么程序?qū)?huì)繼續(xù)保持運(yùn)行狀態(tài)。存在于 ExecutorService 中的活動(dòng)線程會(huì)阻止Java虛擬機(jī)關(guān)閉。?
? ? ? 為了關(guān)閉在 ExecutorService 中的線程，需要調(diào)用 shutdown() 方法。但ExecutorService 并不會(huì)馬上關(guān)閉，而是不再接收新的任務(wù)，一旦所有的線程結(jié)束執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)，ExecutorServie 才會(huì)真的關(guān)閉。所有在調(diào)用 shutdown() 方法之前提交到 ExecutorService 的任務(wù)都會(huì)執(zhí)行。?
? ? ?如果你希望立即關(guān)閉 ExecutorService，你可以調(diào)用 shutdownNow() 方法。這個(gè)方法會(huì)嘗試馬上關(guān)閉所有正在執(zhí)行的任務(wù)，并且跳過(guò)所有已經(jīng)提交但是還沒(méi)有運(yùn)行的任務(wù)。但是對(duì)于正在執(zhí)行的任務(wù)，是否能夠成功關(guān)閉它是無(wú)法保證的，有可能他們真的被關(guān)閉掉了，也有可能它會(huì)一直執(zhí)行到任務(wù)結(jié)束。這是一個(gè)最好的嘗試。
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五、CompletionService
? ? ? ? 根據(jù)上面的介紹我們知道，現(xiàn)在在Java中使用多線程通常不會(huì)再使用Thread對(duì)象了。而是會(huì)用到j(luò)ava.util.concurrent包下的ExecutorService來(lái)初始化一個(gè)線程池供我們使用。使用ExecutorService類(lèi)的時(shí)候，我們常維護(hù)一個(gè)list保存submit的callable task所返回的Future對(duì)象。然后在主線程中遍歷這個(gè)list并調(diào)用Future的get()方法取到Task的返回值。
? ? ? ?其實(shí)除了使用ExecutorService外，還可通過(guò)CompletionService包裝ExecutorService，然后調(diào)用其take()方法去取Future對(duì)象。
? ? ? ?CompletionService和ExecutorService的主要的區(qū)別在于submit的task不一定是按照加入自己維護(hù)的list順序完成的。
? ? ? ?ExecutorService中從list中遍歷的每個(gè)Future對(duì)象并不一定處于完成狀態(tài)，這時(shí)調(diào)用get()方法就會(huì)被阻塞住，如果系統(tǒng)是設(shè)計(jì)成每個(gè)線程完成后就能根據(jù)其結(jié)果繼續(xù)做后面的事，這樣對(duì)于處于list后面的但是先完成的線程就會(huì)增加了額外的等待時(shí)間。
? ? ? ?而CompletionService的實(shí)現(xiàn)是維護(hù)一個(gè)保存Future對(duì)象的BlockingQueue。只有當(dāng)這個(gè)Future對(duì)象狀態(tài)是結(jié)束的時(shí)候，才會(huì)加入到這個(gè)Queue中，take()方法其實(shí)就是Producer-Consumer中的Consumer。它會(huì)從Queue中取出Future對(duì)象，如果Queue是空的，就會(huì)阻塞在那里，直到有完成的Future對(duì)象加入到Queue中。所以，先完成的必定先被取出。這樣就減少了不必要的等待時(shí)間。
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六、使用Callable，Future返回結(jié)果
? ? ? ?Future<V>代表一個(gè)異步執(zhí)行的操作，通過(guò)get()方法可以獲得操作的結(jié)果，如果異步操作還沒(méi)有完成，則，get()會(huì)使當(dāng)前線程阻塞。FutureTask<V>實(shí)現(xiàn)了Future<V>和Runable<V>。Callable代表一個(gè)有返回值的操作。
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? ? ? ?ExecutoreService提供了submit()方法，傳遞一個(gè)Callable，或Runnable，返回Future。如果Executor后臺(tái)線程池還沒(méi)有完成Callable的計(jì)算，則調(diào)用返回Future對(duì)象的get()方法，會(huì)阻塞直到計(jì)算完成。
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? ? ? ?Java5以后可以利用Future來(lái)跟蹤異步計(jì)算的結(jié)果。在此之前主線程要想獲得工作線程（異步計(jì)算線程）的結(jié)果是比較麻煩的事情，需要我們進(jìn)行特殊的程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比較繁瑣而且容易出錯(cuò)。有了Future我們就可以設(shè)計(jì)出比較優(yōu)雅的異步計(jì)算程序結(jié)構(gòu)模型：根據(jù)分而治之的思想，我們可以把異步計(jì)算的線程按照職責(zé)分為3類(lèi)：
? ? ? 1. 異步計(jì)算的發(fā)起線程（控制線程）：負(fù)責(zé)異步計(jì)算任務(wù)的分解和發(fā)起，把分解好的任務(wù)交給異步計(jì)算的work線程去執(zhí)行，發(fā)起異步計(jì)算后，發(fā)起線程可以獲得Futrue的集合，從而可以跟蹤異步計(jì)算結(jié)果。
? ? ? 2. 異步計(jì)算work線程：負(fù)責(zé)具體的計(jì)算任務(wù)
? ? ? 3. 異步計(jì)算結(jié)果收集線程：從發(fā)起線程那里獲得Future的集合，并負(fù)責(zé)監(jiān)控Future的狀態(tài)，根據(jù)Future的狀態(tài)來(lái)處理異步計(jì)算的結(jié)果。
本文轉(zhuǎn)自農(nóng)夫山泉?jiǎng)e墅博客園博客，原文鏈接：http://www.cnblogs.com/yaowen/p/6323689.html，如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)自行聯(lián)系原作者
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Java并发编程 - Executor，Executors，ExecutorService, CompletionServie,Future,Callable的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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