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Java程序员必备知识-多线程框架Executor详解

发表于: 2016-11-08   作者:u010321471   来源:转载   浏览:
摘要: 为什么引入Executor线程池框架newThread()的缺点每次newThread()耗费性能调用newThread()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

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

Java程序员必备知识-多线程框架Executor详解_第1张图片

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:

Java程序员必备知识-多线程框架Executor详解_第2张图片

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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