线程池如何知道一个线程的任务已经执行完成（两个经典场景来说明）

原创于 2025-06-27 16:51:32 发布 · 570 阅读

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在 Java 的多线程编程领域，线程池是高效管理和复用线程资源的核心组件。当我们向线程池提交大量任务时，了解线程池如何感知任务执行完成，对于监控任务进度、确保资源合理释放以及实现复杂业务逻辑至关重要。本文将结合实际场景和代码，深入解析线程池判断任务执行完成的原理与机制。

一、线程池与任务执行的基本概念

线程池（如ThreadPoolExecutor）维护着一定数量的工作线程，这些线程可以重复执行提交的任务。任务通常以Runnable或Callable接口的实现类形式提交给线程池。Runnable接口的任务没有返回值，而Callable接口的任务可以有返回值并能抛出异常。线程池需要一种机制来跟踪这些任务的执行状态，以便在任务完成后进行后续处理，例如回收资源、触发回调逻辑等。

二、线程池感知任务完成的底层机制

2.1 任务执行的生命周期

当我们向线程池提交一个任务后，任务会经历以下几个关键阶段：

提交阶段：任务被提交到线程池，线程池根据自身的状态和配置决定如何处理该任务，例如直接分配给空闲线程、放入任务队列等待，或者创建新线程执行任务。
执行阶段：线程池中的工作线程获取任务并执行，在执行过程中，线程池需要实时监控任务的状态。
完成阶段：任务执行结束，无论是正常执行完毕、抛出异常，还是被取消，线程池都需要感知到任务已完成，并进行相应的后续操作。

2.2 线程池的内部实现逻辑

ThreadPoolExecutor类通过一系列内部方法和状态变量来管理任务的执行和完成。其中，runWorker方法是工作线程执行任务的核心方法。在任务执行前后，线程池会执行一些关键操作来标记任务状态：

任务开始执行：工作线程调用beforeExecute方法（用户可以重写该方法来添加任务执行前的预处理逻辑）。
任务执行过程：工作线程执行任务的run方法（对于Runnable任务）或call方法（对于Callable任务）。
任务执行结束：工作线程调用afterExecute方法（用户同样可以重写该方法来添加任务执行后的处理逻辑），并通过一系列状态更新操作，通知线程池任务已完成。如果任务执行过程中抛出异常，afterExecute方法也会被调用，同时异常信息会被传递。

三、实际场景与代码示例

3.1 场景一：批量处理数据并获取结果

假设我们需要对一批数据进行复杂计算，并在所有计算任务完成后汇总结果。我们可以使用Callable任务和Future来实现该需求，同时利用线程池监控任务完成情况。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;

public class ThreadPoolTaskCompletionExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建线程池，核心线程数为3，最大线程数为5，队列容量为10
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
                3,
                5,
                60,
                TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(10)
        );

        List<Future<Integer>> futureList = new ArrayList<>();
        // 模拟10个计算任务
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int data = i;
            // 创建Callable任务，模拟数据计算
            Callable<Integer> task = () -> {
                // 模拟耗时操作
                Thread.sleep(1000);
                return data * data;
            };
            // 提交任务到线程池，并获取Future对象用于获取结果
            Future<Integer> future = executor.submit(task);
            futureList.add(future);
        }

        // 关闭线程池，不再接受新任务
        executor.shutdown();

        try {
            // 等待线程池中的所有任务执行完成
            if (executor.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES)) {
                int sum = 0;
                for (Future<Integer> future : futureList) {
                    try {
                        // 获取每个任务的结果并汇总
                        sum += future.get();
                    } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("所有任务执行完成，结果汇总：" + sum);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在上述代码中：

首先创建了一个ThreadPoolExecutor线程池，设置了核心线程数、最大线程数、空闲线程存活时间和任务队列。
然后通过循环创建并提交了 10 个Callable任务，每个任务模拟对数据进行平方计算并返回结果。提交任务后，获取对应的Future对象，Future可以用于判断任务是否完成以及获取任务执行结果。
调用executor.shutdown()关闭线程池，不再接受新任务。
使用executor.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES)等待线程池中的所有任务执行完成，该方法会阻塞当前线程，直到所有任务完成或者超时。
任务完成后，通过遍历Future列表，调用future.get()方法获取每个任务的结果并汇总。如果任务执行过程中出现异常，future.get()会抛出ExecutionException异常。

3.2 场景二：监听任务执行完成后的回调

有时候我们希望在任务执行完成后，自动触发一些后续操作，而不是主动去获取任务结果。这种情况下，可以使用CompletableFuture来实现任务完成后的回调逻辑。

import java.util.concurrent.*;

public class CompletableFutureCallbackExample {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
                2,
                4,
                60,
                TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(5)
        );

        // 创建CompletableFuture任务
        CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            try {
                System.out.println("任务开始执行");
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("任务执行完毕");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, executor);

        // 添加任务完成后的回调函数
        future.thenRun(() -> {
            System.out.println("任务已完成，执行后续操作");
            // 这里可以添加任务完成后的具体逻辑，例如清理资源、通知其他模块等
        });

        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
    }
}

在这段代码中：