Java线程学习笔记之Executor

Java线程学习笔记之Executor

并发编程的一种编程方式是把任务拆分为一系列的小任务，即Runnable，然后在提交给一个Executor执行，Executor在执行时使用内部的线程池完成操作。由此，任务提交者不需要再创建管理线程，使用更方便，也减少了开销。有两种任务：Runnable和Callable，Callable是需要返回值的任务。Task Submitter把任务提交给Executor执行，他们之间需要一种通讯手段，这种手段的具体实现，通常叫做Future。Future通常包括get ，cancel，get(timeout) 等等。Future也用于异步变同步的场景。
例子1
import java.util.concurrent.*;
import java.util.*;

class TaskWithResult implements Callable<String> {
private int id;

public TaskWithResult(int id) {
this.id = id;
}

public String call() {
return "result of TaskWithResult " + id;
}
}

public class CallableDemo {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
ArrayList<Future<String>> results = new ArrayList<Future<String>>();
for (int i = 0; i < 10; i++)
results.add(exec.submit(new TaskWithResult(i)));
for (Future<String> fs : results)
try {
// get() blocks until completion:
System.out.println(fs.get());
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(e);
return;
} catch (ExecutionException e) {
System.out.println(e);
} finally {
exec.shutdown();
}
}
}
通过call方法从任务中产生返回值，submit方法会产生一个future对象，当任务完成时可以通过idDone方法来判断任务是否完成，通过get方法获得任务完成后的返回值。

运行结果:
result of TaskWithResult 0
result of TaskWithResult 1
result of TaskWithResult 2
result of TaskWithResult 3
result of TaskWithResult 4
result of TaskWithResult 5
result of TaskWithResult 6
result of TaskWithResult 7
result of TaskWithResult 8
result of TaskWithResult 9

Executors
包含Executor、ExecutorService、ScheduledExecutorService、ThreadFactory 和 Callable类的工厂和实用方法。支持以下各种方法：

创建并返回设置有常用配置字符串的 ExecutorService 的方法。
创建并返回设置有常用配置字符串的 ScheduledExecutorService 的方法。
创建并返回“包装的”ExecutorService 方法，它通过使特定于实现的方法不可访问来禁用重新配置。
创建并返回 ThreadFactory 的方法，它可将新创建的线程设置为已知的状态。
创建并返回非闭包形式的 Callable 的方法，这样可将其用于需要 Callable 的执行方法中。
具体的方法说明如下：

callable(PrivilegedAction action)
返回 Callable 对象，调用它时可运行给定特权的操作并返回其结果。
callable(PrivilegedExceptionAction action)
返回 Callable 对象，调用它时可运行给定特权的异常操作并返回其结果。
callable(Runnable task)
返回 Callable 对象，调用它时可运行给定的任务并返回 null。
callable(Runnable task, T result)
返回 Callable 对象，调用它时可运行给定的任务并返回给定的结果。
defaultThreadFactory()
返回用于创建新线程的默认线程工厂。
newCachedThreadPool()
创建一个可根据需要创建新线程的线程池，但是在以前构造的线程可用时将重用它们。
newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory)
创建一个可根据需要创建新线程的线程池，但是在以前构造的线程可用时将重用它们，并在需要时使用提供的 ThreadFactory 创建新线程
newFixedThreadPool(int nThreads)
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。
newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory)
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，在需要时使用提供的 ThreadFactory 创建新线程
newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
newScheduledThreadPool(int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory)
创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
newSingleThreadExecutor()
创建一个使用单个 worker 线程的 Executor，以无界队列方式来运行该线程。
newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory)
创建一个使用单个 worker 线程的 Executor，以无界队列方式来运行该线程，并在需要时使用提供的 ThreadFactory 创建新线程。
newSingleThreadScheduledExecutor()
创建一个单线程执行程序，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
newSingleThreadScheduledExecutor(ThreadFactory threadFactory)
创建一个单线程执行程序，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
privilegedCallable(Callable callable)
返回 Callable 对象，调用它时可在当前的访问控制上下文中执行给定的 callable 对象。
privilegedCallableUsingCurrentClassLoader(Callable callable)
返回 Callable 对象，调用它时可在当前的访问控制上下文中，使用当前上下文类加载器作为上下文类加载器来执行给定的 callable 对象。
privilegedThreadFactory()
返回用于创建新线程的线程工厂，这些新线程与当前线程具有相同的权限。
unconfigurableExecutorService(ExecutorService executor)
返回一个将所有已定义的 ExecutorService 方法委托给指定执行程序的对象，但是使用强制转换可能无法访问其他方法。
unconfigurableScheduledExecutorService(ScheduledExecutorService executor)
返回一个将所有已定义的 ExecutorService 方法委托给指定执行程序的对象，但是使用强制转换可能无法访问其他方法。

ScheduledExecutorServices
尽管ExecutorService接口非常有用，但某些任务仍需要以计划方式执行，比如以确定的时间间隔或在特定时间执行给定的任务。这就是 ScheduledExecutorService的应用范围，它扩展了ExecutorService。

例如创建一个每隔 5 秒跳一次的 “心跳” 命令，使用ScheduledExecutorService可以轻松实现:

public static void main(String[] args) {
ScheduledExecutorService ses = Executors.newScheduledThreadPool(1);
Runnable pinger = new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("PING!");
}
};

ses.scheduleAtFixedRate(pinger, 5, 5, TimeUnit.SECONDS);
}

不用过于担心线程，不用过于担心用户希望取消心跳时会发生什么，也不用明确地将线程标记为前台或后台；只需将所有的计划细节留给ScheduledExecutorService。如果用户希望取消心跳，scheduleAtFixedRate调用将返回一个ScheduledFuture实例，它不仅封装了结果（如果有），还拥有一个cancel方法来关闭计划的操作。

下面是一个完整的示例，并行计算数组的和。

利用CompletionService，生产者submit()执行的任务。使用者take()已完成的任务，并按照完成这些任务的顺序处理它们的结果 。也就是调用CompletionService的take方法是，会返回按完成顺序放回任务的结果，CompletionService内部维护了一个阻塞队列BlockingQueue，如果没有任务完成，take()方法也会阻塞。

完整代码如下：

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.CompletionService;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorCompletionService;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ConcurrentCalculator {
private ExecutorService exec;
private CompletionService<Long> completionService;
private int cpuCoreNumber;

class SumCalculator implements Callable<Long> {
private int[] numbers;
private int start;
private int end;

public SumCalculator(final int[] numbers, int start, int end) {
this.numbers = numbers;
this.start = start;
this.end = end;
}

public Long call() throws Exception {
Long sum = 0l;
for (int i = start; i < end; i++) {
sum += numbers[i];
}
return sum;
}
}

public ConcurrentCalculator() {
cpuCoreNumber = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
exec = Executors.newFixedThreadPool(cpuCoreNumber);
completionService = new ExecutorCompletionService<Long>(exec);
}

public Long sum(final int[] numbers) {
for (int i = 0; i < cpuCoreNumber; i++) {
int increment = numbers.length / cpuCoreNumber + 1;
int start = increment * i;
int end = increment * i + increment;
if (end > numbers.length)
end = numbers.length;
SumCalculator subCalc = new SumCalculator(numbers, start, end);
if (!exec.isShutdown()) {
completionService.submit(subCalc);
}
}

return getResult();
}

public Long getResult() {
Long result = 0l;
for (int i = 0; i < cpuCoreNumber; i++) {
try {
Long subSum = completionService.take().get();
result += subSum;
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}

return result;
}

public void close() {
exec.shutdown();
}

public static void main(String[] args) {
int[] numbers = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 34 };
ConcurrentCalculator calc = new ConcurrentCalculator();
Long sum = calc.sum(numbers);
System.out.println(sum);
calc.close();
}
}