java并发编程:Executor、Executors、ExecutorService
转载于:java并发编程:Executor、Executors、ExecutorService_River的博客-CSDN博客_executors
Executors
一、Executor的UML图:(常用的几个接口和子类)
Executor框架包括:线程池,Executor,Executors,ExecutorService,CompletionService,Future,Callable等。
二、Executor和ExecutorService
Executor:一个接口,其定义了一个接收Runnable对象的方法executor,其方法签名为executor(Runnable command),该方法接收一个Runable实例,它用来执行一个任务,任务即一个实现了Runnable接口的类,一般来说,Runnable任务开辟在新线程中的使用方法为:new Thread(new RunnableTask())).start(),但在Executor中,可以使用Executor而不用显示地创建线程:executor.execute(new RunnableTask()); // 异步执行
ExecutorService:是一个比Executor使用更广泛的子类接口,其提供了生命周期管理的方法,返回 Future 对象,以及可跟踪一个或多个异步任务执行状况返回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。
通过 ExecutorService.submit() 方法返回的 Future 对象,可以调用isDone()方法查询Future是否已经完成。当任务完成时,它具有一个结果,你可以调用get()方法来获取该结果。你也可以不用isDone()进行检查就直接调用get()获取结果,在这种情况下,get()将阻塞,直至结果准备就绪,还可以取消任务的执行。Future 提供了 cancel() 方法用来取消执行 pending 中的任务。ExecutorService 部分代码如下:
public interface ExecutorService extends Executor { void shutdown(); <T> Future<T> submit(Callable<T> task); <T> Future<T> submit(Runnable task, T result); <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException; }
三、Executors类: 主要用于提供线程池相关的操作
Executors类,提供了一系列工厂方法用于创建线程池,返回的线程池都实现了ExecutorService接口。
1、public static ExecutorService newFiexedThreadPool(int Threads) 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)。如果没有可用的线程,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。
newCachedThreadPool() |
-缓存型池子,先查看池中有没有以前建立的线程,如果有,就 reuse.如果没有,就建一个新的线程加入池中 -缓存型池子通常用于执行一些生存期很短的异步型任务 因此在一些面向连接的daemon型SERVER中用得不多。但对于生存期短的异步任务,它是Executor的首选。 -能reuse的线程,必须是timeout IDLE内的池中线程,缺省 timeout是60s,超过这个IDLE时长,线程实例将被终止及移出池。 注意,放入CachedThreadPool的线程不必担心其结束,超过TIMEOUT不活动,其会自动被终止。 |
newFixedThreadPool(int) |
-newFixedThreadPool与cacheThreadPool差不多,也是能reuse就用,但不能随时建新的线程 -其独特之处:任意时间点,最多只能有固定数目的活动线程存在,此时如果有新的线程要建立,只能放在另外的队列中等待,直到当前的线程中某个线程终止直接被移出池子 -和cacheThreadPool不同,FixedThreadPool没有IDLE机制(可能也有,但既然文档没提,肯定非常长,类似依赖上层的TCP或UDP IDLE机制之类的),所以FixedThreadPool多数针对一些很稳定很固定的正规并发线程,多用于服务器 -从方法的源代码看,cache池和fixed 池调用的是同一个底层 池,只不过参数不同: fixed池线程数固定,并且是0秒IDLE(无IDLE) cache池线程数支持0-Integer.MAX_VALUE(显然完全没考虑主机的资源承受能力),60秒IDLE |
newScheduledThreadPool(int) |
-调度型线程池 -这个池子里的线程可以按schedule依次delay执行,或周期执行 |
SingleThreadExecutor() |
-单例线程,任意时间池中只能有一个线程 -用的是和cache池和fixed池相同的底层池,但线程数目是1-1,0秒IDLE(无IDLE) |
四、Executor VS ExecutorService VS Executors
正如上面所说,这三者均是 Executor 框架中的一部分。Java 开发者很有必要学习和理解他们,以便更高效的使用 Java 提供的不同类型的线程池。总结一下这三者间的区别,以便大家更好的理解:
- Executor 和 ExecutorService 这两个接口主要的区别是:ExecutorService 接口继承了 Executor 接口,是 Executor 的子接口
- Executor 和 ExecutorService 第二个区别是:Executor 接口定义了
execute()
方法用来接收一个Runnable
接口的对象,而 ExecutorService 接口中的submit()
方法可以接受Runnable
和Callable
接口的对象。 - Executor 和 ExecutorService 接口第三个区别是 Executor 中的
execute()
方法不返回任何结果,而 ExecutorService 中的submit()
方法可以通过一个 Future 对象返回运算结果。 - Executor 和 ExecutorService 接口第四个区别是除了允许客户端提交一个任务,ExecutorService 还提供用来控制线程池的方法。比如:调用
shutDown()
方法终止线程池。可以通过 《Java Concurrency in Practice》 一书了解更多关于关闭线程池和如何处理 pending 的任务的知识。 - Executors 类提供工厂方法用来创建不同类型的线程池。比如:
newSingleThreadExecutor()
创建一个只有一个线程的线程池,newFixedThreadPool(int numOfThreads)
来创建固定线程数的线程池,newCachedThreadPool()
可以根据需要创建新的线程,但如果已有线程是空闲的会重用已有线程。
import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.concurrent.*; 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(); } }
五、自定义线程池
自定义线程池,可以用ThreadPool Executor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:import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; import java.util.concurrent.BlockingQueue; import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor; import java.util.concurrent.TimeUnit; 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(); } } }
运行结果如下:
从结果中可以看出,七个任务是在线程池的三个线程上执行的。这里简要说明下用到的ThreadPoolExecuror类的构造方法中各个参数的含义。
public ThreadPoolExecutor (int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue)
corePoolSize:线程池中所保存的核心线程数,包括空闲线程。
maximumPoolSize:池中允许的最大线程数。
keepAliveTime:线程池中的空闲线程所能持续的最长时间。
unit:持续时间的单位。
workQueue:任务执行前保存任务的队列,仅保存由execute方法提交的Runnable任务。
3、如果线程池中的线程数量大于等于corePoolSize,且缓冲队列workQueue已满,但线程池中的线程数量小于maximumPoolSize,则会创建新的线程来处理被添加的任务;
4、如果线程池中的线程数量等于了maximumPoolSize,有4种处理方式(该构造方法调用了含有5个参数的构造方法,并将最后一个构造方法为RejectedExecutionHandler类型,它在处理线程溢出时有4种方式,这里不再细说,要了解的,自己可以阅读下源码)。
总结起来,也即是说,当有新的任务要处理时,先看线程池中的线程数量是否大于corePoolSize,再看缓冲队列workQueue是否满,最后看线程池中的线程数量是否大于maximumPoolSize。
另外,当线程池中的线程数量大于corePoolSize时,如果里面有线程的空闲时间超过了keepAliveTime,就将其移除线程池,这样,可以动态地调整线程池中线程的数量。
我们大致来看下Executors的源码,newCachedThreadPool的不带RejectedExecutionHandler参数(即第五个参数,线程数量超过maximumPoolSize时,指定处理方式)的构造方法如下:
public static ExecutorService newCachedThreadPool() { return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>()); }
再来看newFixedThreadPool的不带RejectedExecutionHandler参数的构造方法,如下:
它将 corePoolSize和maximumPoolSize都设定为了nThreads,这样便实现了线程池的大小的固定,不会动态地扩大,另外,keepAliveTime设定为了0,也就是说线程只要空闲下来,就会被移除线程池,敢于LinkedBlockingQueue下面会说。
下面说说几种排队的策略:
1、直接提交。缓冲队列采用 SynchronousQueue,它将任务直接交给线程处理而不保持它们。如果不存在可用于立即运行任务的线程(即线程池中的线程都在工作),则试图把任务加入缓冲队列将会失败,因此会构造一个新的线程来处理新添加的任务,并将其加入到线程池中。直接提交通常要求无界 maximumPoolSizes(Integer.MAX_VALUE) 以避免拒绝新提交的任务。newCachedThreadPool采用的便是这种策略。
2、无界队列。使用无界队列(典型的便是采用预定义容量的 LinkedBlockingQueue,理论上是该缓冲队列可以对无限多的任务排队)将导致在所有 corePoolSize 线程都工作的情况下将新任务加入到缓冲队列中。这样,创建的线程就不会超过 corePoolSize,也因此,maximumPoolSize 的值也就无效了。当每个任务完全独立于其他任务,即任务执行互不影响时,适合于使用无界队列。newFixedThreadPool采用的便是这种策略。
3、有界队列。当使用有限的 maximumPoolSizes 时,有界队列(一般缓冲队列使用ArrayBlockingQueue,并制定队列的最大长度)有助于防止资源耗尽,但是可能较难调整和控制,队列大小和最大池大小需要相互折衷,需要设定合理的参数。
六、比较Executor和new Thread()
new Thread的弊端如下:
a. 每次new Thread新建对象性能差。
b. 线程缺乏统一管理,可能无限制新建线程,相互之间竞争,及可能占用过多系统资源导致死机或oom。
c. 缺乏更多功能,如定时执行、定期执行、线程中断。
相比new Thread,Java提供的四种线程池的好处在于:
a. 重用存在的线程,减少对象创建、消亡的开销,性能佳。
b. 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。
c. 提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能。