java.util.concurrent - Java 并发工具包 二

翻译自http://tutorials.jenkov.com/java-util-concurrent/index.html

相关文章：

一、ExecutorService（执行器服务）

java.util.concurrent.ExecutorService接口代表了一种异步执行机制，它可以在后台执行任务。一个ExecutorService接口与线程池是非常相似的。实际上，线程池就是实现ExecutorService的一个实现。

1.1 ExecutorService示例

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

executorService.execute(new Runnable() {
    public void run() {
        System.out.println("Asynchronous task");
    }
});

executorService.shutdown();

ExecutorService通过Executors.newFixedThreadPool()工厂方法被创建的。这个示例中创建了一个有10个线程的线程池来执行任务。

一个匿名的Runnable接口实现被传递给execute()方法。这个Runnable将会被ExecutorService中的一个线程来执行。

1.2 任务委托

下面是一个图示，一个线程委托一个任务到ExecutorService：

[图片上传失败...(image-b953fd-1514260695995)]

线程1委托任务后将会继续它自己的操作，与任务已经没有关系。

1.3 ExecutorService实现

ExecutorService既然是一个接口，必须实现后才能使用。java.util.concurrent包里有如下实现：

  • ThreadPoolExecutor
  • ScheduledThreadPoolExecutor

1.4 创建ExecutorService

创建ExecutorService取决于你使用的实现类。可以使用Executors工厂类来创建ExecutorService，下面是一些例子：

ExecutorService executorService1 = Executors.newSingleThreadExecutor();

ExecutorService executorService2 = Executors.newFixedThreadPool(10);

ExecutorService executorService3 = Executors.newScheduledThreadPool(10);

根据方法的名字很容易明白其含义。

1.5 ExecutorService使用方法

下面是一些委托任务的方式：

  • execute(Runnable)
  • submit(Runnable)
  • submit(Callable)
  • invokeAny(...)
  • invokeAll(...)

execute(Runnable)

这个方法需要一个java.lang.Runnable对象，与上面的例子一样：

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

executorService.execute(new Runnable() {
    public void run() {
        System.out.println("Asynchronous task");
    }
});

executorService.shutdown();

这种方法获得不到Runnable的执行结果，如果需要执行结果则需使用submit(Callable)。

submit(Runnable)

submit(Runnable)方法也接收一个Runnable实现，但是返回一个Future对象。这个Future对象可以用来检查任务是否执行完毕。

下面是一个例子：

Future future = executorService.submit(new Runnable() {
    public void run() {
        System.out.println("Asynchronous task");
    }
});

future.get();  // 如果任务正确执行完会返回 null

注意，它仍然不能获得返回的结果，只能判断任务是否执行完。

submit(Callable)

它与submit(Runnable)类似，Callable接口也与Runnable类似，只不过Callable的call()方法可以返回一个结果，Runnable.run()却不行。

返回的结果仍然通过Future对象来获得，下面是一个例子：

Future future = executorService.submit(new Callable(){
    public Object call() throws Exception {
        System.out.println("Asynchronous Callable");
        return "Callable Result";
    }
});

System.out.println("future.get() = " + future.get());

输出结果为：

Asynchronous Callable
future.get() = Callable Result

invokeAny()

invokeAny()方法需要一个Callable对象的集合，或者Callable的子接口。这个方法不返回一个Future，但是返回Callable对象集合中某个对象的结果。但是你无法确定哪个具体是哪个Callable对象的结果。

如果某个任务完成（或者抛出一个异常），其他Callable将会被取消。

下面是一个例子：

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

Set<Callable<String>> callables = new HashSet<Callable<String>>();

callables.add(new Callable<String>() {
    public String call() throws Exception {
        return "Task 1";
    }
});
callables.add(new Callable<String>() {
    public String call() throws Exception {
        return "Task 2";
    }
});

String result = executorService.invokeAny(callables);

System.out.println("result = " + result);

executorService.shutdown();

这个例子将会打印出某个Callable返回的结果。如果重复运行本例子得到的结果可能会变化，有时候是Task 1有时候是Task 2。

invokeAll()

invokeAll()会调用Callable集合里的所有对象，并且返回一个List<Future<?>>,这样你就可以获得每个Callable的返回结果。

注意，一个任务可能由于某个异常而结束，Future并没有一个办法来表明任务是否真正成功。

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

Set<Callable<String>> callables = new HashSet<Callable<String>>();

callables.add(new Callable<String>() {
    public String call() throws Exception {
        return "Task 1";
    }
});
callables.add(new Callable<String>() {
    public String call() throws Exception {
        return "Task 2";
    }
});
callables.add(new Callable<String>() {
    public String call() throws Exception {
        return "Task 3";
    }
});

List<Future<String>> futures = executorService.invokeAll(callables);

for(Future<String> future : futures){
    System.out.println("future.get = " + future.get());
}

executorService.shutdown();

1.6 ExecutorService关闭

当你使用完ExecutorService后应该使用shutdown()方法关闭它，这样线程就不会继续运行了。ExecutorService并不会立即关闭，但是它也不会再接收新任务，当所有的线程完成了它们的任务后ExecutorService就会关闭。

如果你想立即结束ExecutorService应该调用shutdownNow()方法，但是这个并没有保障，也许它们会停止也许会执行完。

二、ThreadPoolExecutor（线程池执行器）

java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor是ExecutorService接口的实现。ThreadPoolExecutor使用内部线程池中的线程执行传递来的任务。

线程池可以包含不同数量的线程。线程的数量被下面这些参数决定：

  • corePoolSize
  • maximumPoolSize

如果当一个任务被委托给线程池时线程池中线程的数量小于corePoolSize，一个新的线程会被创建，就算池中有空闲的线程。

如果内部的任务队列已经满了，并且corePoolSize或者更多的线程（小于maximumPoolSize）在运行，那么就会创建一个新线程去执行任务。

ThreadPoolExecutor原理

2.1 创建一个ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor有多个构造器，例如：

int  corePoolSize  =    5;
int  maxPoolSize   =   10;
long keepAliveTime = 5000;

ExecutorService threadPoolExecutor =
        new ThreadPoolExecutor(
                corePoolSize,
                maxPoolSize,
                keepAliveTime,
                TimeUnit.MILLISECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()
                );

注意，除非你要明确的指定所有参数，通常使用java.util.concurrent.Executors中的工厂方法是更好的方式。

例如：

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

三、ScheduledExecutorService

java.util.concurrent.ScheduledExecutorService接口继承自ExecutorService， 可以安排任务在一定延迟后执行，或者间隔固定时间重复执。任务被线程池中的一个线程执行，并不是将任务传递给ScheduledExecutorService的那个线程执行。

下面是一个例子：

// 线程池中有5个线程
ScheduledExecutorService scheduledExecutorService =
        Executors.newScheduledThreadPool(5);

// 5秒后执行Callable方法
ScheduledFuture scheduledFuture =
    scheduledExecutorService.schedule(new Callable() {
        public Object call() throws Exception {
            System.out.println("Executed!");
            return "Called!";
        }
    },
    5,
    TimeUnit.SECONDS);

ScheduledExecutorService对应的实现类是ScheduledThreadPoolExecutor。

可以使用工厂类创建：

ScheduledExecutorService scheduledExecutorService =
    Executors.newScheduledThreadPool(5);

用例

一旦你创建了ScheduledExecutorService你就可以使用如下方法：

  • schedule (Callable task, long delay, TimeUnit timeunit)
  • schedule (Runnable task, long delay, TimeUnit timeunit)
  • scheduleAtFixedRate (Runnable, long initialDelay, long period, TimeUnit timeunit)
  • scheduleWithFixedDelay (Runnable, long initialDelay, long period, TimeUnit timeunit)

下面简要介绍每个方法：

schedule (Callable task, long delay, TimeUnit timeunit)

这个方法将传递进来的Callable延迟一段时间执行。

该方法返回一个ScheduledFuture，你可以用它在任务启动前取消任务，或者在任务执行完后获得结果。

例子：

ScheduledExecutorService scheduledExecutorService =
        Executors.newScheduledThreadPool(5);

ScheduledFuture scheduledFuture =
    scheduledExecutorService.schedule(new Callable() {
        public Object call() throws Exception {
            System.out.println("Executed!");
            return "Called!";
        }
    },
    5,
    TimeUnit.SECONDS);

// scheduledFuture.get()将会等待5秒后打印结果
System.out.println("result = " + scheduledFuture.get());

scheduledExecutorService.shutdown();

schedule (Runnable task, long delay, TimeUnit timeunit)

与上一个方法类似，但是一个Runnable不能返回一个值，当方法结束时ScheduledFuture.get()将会返回null。

scheduleAtFixedRate (Runnable, long initialDelay, long period, TimeUnit timeunit)

使某个任务被周期性执行。这个任务起初在延迟initialDelay时间后开始执行，然后以period时间长度开始循环。

任何异常都会终止循环，如果没有异常任务将会一直执行，直到ScheduledExecutorService被关闭。如果任务执行所需时间大于period，下一次任务的执行将会在当前任务执行结束后。任务同一时间不会被多个线程执行。

scheduleWithFixedDelay (Runnable, long initialDelay, long period, TimeUnit timeunit)

这个方法的工作方式与scheduleAtFixedRate()非常类似，不同的在于对period的解释上。

scheduleAtFixedRate()将period解释为每个方法开始执行的时间间隔。例如：A开始执行后，过5秒将再次执行A。

但是在本方法中将period解释为每个方法执行结束后的时间间隔。例如：A执行结束后，过5秒将再次执行A。

ScheduledExecutorService关闭

就像ExecutorService一样，当你不使用ScheduledExecutorService时需要将其关闭。如果不这样做它将会一直运行，就算所有其他线程都被关闭。

四、通过ForkJoinPool使用Java Fork和Join

ForkJoinPool在Java 7中被添加进来。ForkJoinPool与ExecutorService类似，ForkJoinPool使任务更容易被分割成小的任务，然后提交到ForkJoinPool中。小任务可以继续分割下去。

4.1 Fork和Join

Fork

一个任务使用fork和join原理，可以fork (分叉)它自己成为更小的子任务，这些子任务可以被并发执行。请参考下图：

image

如果某个任务的工作很巨大，它将自己分裂成数个子任务才有意义。将任务分裂成子任务是有开销的，所以对于小的任务进行分裂，这种开销可能比异步执行的子任务的开销还大。

将任务分裂成子任务是有意义的限制也被称为门槛。它很依赖于工作的类型。

Join

当一个任务将其自身分叉为多个子任务，这个任务将会等待，直到所有子任务执行完成。

一旦子任务执行结束，父任务将会合并所有的结果到一个结果。如下图所示：

image

当然不是所有类型的任务都会返回一个结果。如果一个任务没有返回值那么它只要等待所有子任务执行完毕即可。没有结果合并会发生。

4.2 ForkJoinPool

java.util.concurrent.ForkJoinPool是一个特殊的线程池，它被设计用来分叉合并任务。

创建一个ForkJoinPool

使用ForkJoinPool的构造器来创建它。构造器的参数用来声明并发级别。并发级别指定了你想使用多少个线程来执行任务。

ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(4);

提交任务到ForkJoinPool

与提交任务到ExecutorService类似。你可以提交2种类型的任务。一种是无返回值的任务（action）另一种是有返回值的任务（task），相应的类为：RecursiveAction、RecursiveTask。

RecursiveAction

RecursiveAction是一个不返回任何值的任务。它只是做一些工作，例如写数据到硬盘然后退出。

未完待续...

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