本文介绍了Java线程池的基础架构，包括Executor、ExecutorService等接口和类，阐述了它们的功能和继承关系。还讲解了Callable与Runnable的区别，以及Future和FutureTask的作用。最后给出了使用Callable+Future、Callable+FutureTask获取执行结果的示例。
线程池的基础架构图：
Executor
Executor，任务的执行者，线程池框架中几乎所有类都直接或者间接实现Executor接口，它是线程池框架的基础。Executor提供了一种将“任务提交”与“任务执行”分离开来的机制，它仅提供了一个Execute()方法用来执行已经提交的Runnable任务。
public interface Executor {
void execute(Runnable command);
}
ExcutorService
继承Executor，它是“执行者服务”接口，它是为”执行者接口Executor”服务而存在的。准确的地说，ExecutorService提供了”将任务提交给执行者的接口(submit方法)”，”让执行者执行任务(invokeAll, invokeAny方法)”的接口等等。
public interface ExecutorService extends Executor {
/**
* 启动一次顺序关闭，执行以前提交的任务，但不接受新任务
*/
void shutdown();
/**
* 试图停止所有正在执行的活动任务，暂停处理正在等待的任务，并返回等待执行的任务列表
*/
List<Runnable> shutdownNow();
/**
* 如果此执行程序已关闭，则返回 true。
*/
boolean isShutdown();
/**
* 如果关闭后所有任务都已完成，则返回 true
*/
boolean isTerminated();
/**
* 请求关闭、发生超时或者当前线程中断，无论哪一个首先发生之后，都将导致阻塞，直到所有任务完成执行
*/
boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException;
/**
* 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
*/
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
/**
* 提交一个 Runnable 任务用于执行，并返回一个表示该任务的 Future
*/
<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
*/
Future<?> submit(Runnable task);
/**
* 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
*/
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
throws InterruptedException;
/**
* 执行给定的任务，当所有任务完成或超时期满时（无论哪个首先发生），返回保持任务状态和结果的 Future 列表
*/
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException;
/**
* 执行给定的任务，如果某个任务已成功完成（也就是未抛出异常），则返回其结果
*/
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
throws InterruptedException, ExecutionException;
/**
* 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
*/
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}
AbstractExecutorService
抽象类，实现ExecutorService接口，为其提供默认实现。AbstractExecutorService除了实现ExecutorService接口外，还提供了newTaskFor()方法返回一个RunnableFuture，在运行的时候，它将调用底层可调用任务，作为 Future 任务，它将生成可调用的结果作为其结果，并为底层任务提供取消操作。
ScheduledExecutorService
继承ExcutorService，为一个“延迟”和“定期执行”的ExecutorService。他提供了一些如下几个方法安排任务在给定的延时执行或者周期性执行。
// 创建并执行在给定延迟后启用的 ScheduledFuture。
<V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable, long delay, TimeUnit unit)
// 创建并执行在给定延迟后启用的一次性操作。
ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command, 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，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。
ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, 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。
ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay, TimeUnit unit)
ThreadPoolExecutor
ScheduledThreadPoolExecutor
ScheduledThreadPoolExecutor继承ThreadPoolExecutor并且实现ScheduledExecutorService接口，是两者的集大成者，相当于提供了“延迟”和“周期执行”功能的ThreadPoolExecutor。
Executors
静态工厂类，提供了Executor、ExecutorService、ScheduledExecutorService、ThreadFactory 、Callable 等类的静态工厂方法，通过这些工厂方法我们可以得到相对应的对象。
- 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。
Callable与Runnable
先说一下java.lang.Runnable吧，它是一个接口，在它里面只声明了一个run()方法：
public interface Runnable {
public abstract void run();
}
由于run()方法返回值为void类型，所以在执行完任务之后无法返回任何结果。
Callable位于java.util.concurrent包下，它也是一个接口，在它里面也只声明了一个方法，只不过这个方法叫做call()：
public interface Callable<V> {
/**
* Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
*
* @return computed result
* @throws Exception if unable to compute a result
*/
V call() throws Exception;
}
可以看到，这是一个泛型接口，call()函数返回的类型就是传递进来的V类型。
那么怎么使用Callable呢？一般情况下是配合ExecutorService来使用的，在ExecutorService接口中声明了若干个submit方法的重载版本：
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
Future<?> submit(Runnable task);
第一个submit方法里面的参数类型就是Callable。
暂时只需要知道Callable一般是和ExecutorService配合来使用的，具体的使用方法讲在后面讲述。
一般情况下我们使用第一个submit方法和第三个submit方法，第二个submit方法很少使用。
Future
Future就是对于具体的Runnable或者Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果。必要时可以通过get方法获取执行结果，该方法会阻塞直到任务返回结果。
Future类位于java.util.concurrent包下，它是一个接口：
public interface Future<V> {
boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
boolean isCancelled();
boolean isDone();
V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
V get(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}
在Future接口中声明了5个方法，下面依次解释每个方法的作用：
-
cancel方法用来取消任务，如果取消任务成功则返回true，如果取消任务失败则返回false。参数mayInterruptIfRunning表示是否允许取消正在执行却没有执行完毕的任务，如果设置true，则表示可以取消正在执行过程中的任务。如果任务已经完成，则无论mayInterruptIfRunning为true还是false，此方法肯定返回false，即如果取消已经完成的任务会返回false；如果任务正在执行，若mayInterruptIfRunning设置为true，则返回true，若mayInterruptIfRunning设置为false，则返回false；如果任务还没有执行，则无论mayInterruptIfRunning为true还是false，肯定返回true。
-
isCancelled方法表示任务是否被取消成功，如果在任务正常完成前被取消成功，则返回 true。
-
isDone方法表示任务是否已经完成，若任务完成，则返回true；
-
get()方法用来获取执行结果，这个方法会产生阻塞，会一直等到任务执行完毕才返回；
-
get(long timeout, TimeUnit unit)用来获取执行结果，如果在指定时间内，还没获取到结果，就直接返回null。
也就是说Future提供了三种功能：
1）判断任务是否完成；
2）能够中断任务；
3）能够获取任务执行结果。
因为Future只是一个接口，所以是无法直接用来创建对象使用的，因此就有了下面的FutureTask。
FutureTask
我们先来看一下FutureTask的实现：
public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V>
FutureTask类实现了RunnableFuture接口，我们看一下RunnableFuture接口的实现：
public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
void run();
}
可以看出RunnableFuture继承了Runnable接口和Future接口，而FutureTask实现了RunnableFuture接口。所以它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值。
FutureTask提供了2个构造器：
public FutureTask(Callable<V> callable) {
}
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
}
事实上，FutureTask是Future接口的一个唯一实现类。
使用示例
1.使用Callable+Future获取执行结果
public class Test {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
Task task = new Task();
Future<Integer> result = executor.submit(task);
executor.shutdown();
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e1) {
e1.printStackTrace();
}
System.out.println("主线程在执行任务");
try {
System.out.println("task运行结果"+result.get());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("所有任务执行完毕");
}
}
class Task implements Callable<Integer>{
@Override
public Integer call() throws Exception {
System.out.println("子线程在进行计算");
Thread.sleep(3000);
int sum = 0;
for(int i=0;i<100;i++)
sum += i;
return sum;
}
}
2.使用Callable+FutureTask获取执行结果
package ThreadPoolExcutor;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.FutureTask;
public class CallableTest1 {
static class Task implements Callable<Integer>{
@Override
public Integer call() throws Exception {
int sum = 0;
System.out.println("子线程正在计算中：");
for(int i = 0;i < 5;i ++){
sum += i;
}
return sum;
}
}
public static void main(String[] args){
ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
Task task = new Task();
@SuppressWarnings({ "rawtypes", "unchecked" })
FutureTask futureTask = new FutureTask(task);
service.submit(futureTask);
//用完了就关闭线程
service.shutdown();
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println("主线程正在运行中：");
try{
System.out.println("task返回的结果： " + futureTask.get());
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}catch(ExecutionException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println("所有线程结束");
}
}
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