Concurrent包总结——线程任务执行框架

一 Executor接口

Executor接口的对象是一种执行任务的方式。它能够使提交的任务和执行任务的线程的管理解耦。我们通常用Executor来代替new一个Thread对象来执行任务。这样可以省略底层线程的管理细节。

例如：

executor.excute(new RunnableTask());

concurrent包中提供了比较常用的Executor的实现，这些实现类都实现了一个更加灵活的类ExecutorService。而ThreadPoolExecutor则提供了一个可扩展的线程池的实现。 Executors类则则为这些Executor的实现类提供了方便的工厂方法。

二. ExecutorService接口

ExecutorService接口继承自Executor接口。该接口主要提供了一些终结线程的方法，以及一些能够返回Future对象的方法，从而用来追踪一个或者多个异步任务的执行情况。从而提供执行任务和管理生命周期的方法。

ExecutorService提供了两个关闭的方法，shutdown()和shutdownNow().调用shutdown()方法进行关闭的时候，线程将会允许正在执行的任务和已经提交正在等待的任务执行完毕，然后再进行关闭。而调用shutdownNow()方法的时候，则会阻止已提交而正在等待的任务执行，并且会试图取消正在执行的任务。终止之后，将不允许再向 ExecutorService提交任务，并且允许进行资源的回收。

ExecutorService中的cancel()方法是基于Executor中的execute方法，该方法会创建并且返回一个Future对象，该对象可以用来取消任务的执行。

ExecutorService中的invokeall()方法，是一个批量执行任务的方法，会执行任务列表中的所有任务并且等待任务执行完毕之后（包括任务正常执行完毕和执行过程中抛出异常而终止）返回各个任务所对应的Future集合。可以通过各个Future来查看各个任务的执行情况。各个任务的执行时互相独立互补干涉的。

ExecutorService中的invokeany()方法也允许一次提交一个任务列表，但是ExecutorService不会等到所有的任务都执行完，而是等待这些任务中一旦有一个任务执行完毕，则会终止其他所有的任务，并将计算完成的结果返回。

三. 接口ScheduledExecutorService

ScheduledExecutorService接口继承自ExecutorService接口，该接口提供一些方法来使任务延后执行或者周期执行。

ScheduledExecutorService提供的调度方法会返回一个ScheduledFuture对象，该对象支持任务的取消以及检查任务的执行状态。

scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, 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，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，如果任务的执行时间超过了廷迟时间（delay），下一个任务则会在

（当前任务执行所需时间+delay）后执行。

scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnitunit)

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。

如果任务的执行时间小于period，将会按上述规律执行。否则，则会按 任务的实际执行时间进行周期执行。

如果调用Executor中的excute()方法或者是ExcutorService中的submit()方法，则相当于立刻开始执行任务。

所有的调度方法接受的时间参数都是相对时间，不可以接受绝对的时间 参数，对于想要输入绝对的事件参数则需要进行一定的转换，如下：

schedule(task, date.getTime() - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS)

四. AbstractExecutorService类

AbstractExecutorService类是一个抽象类，该类基本实现了ExecutorService接口的所有方法。

五. ThreadPoolExecutor

  1. 了解ThreadPoolExecutor类

该类实现了AbstractExecutorService接口， 实现了线程池的功能。

ava.uitl.concurrent.ThreadPoolExecutor类是线程池中最核心的一个类，因此如果要透彻地了解Java中的线程池，必须先了解这个类。下面我们来看一下ThreadPoolExecutor类的具体实现源码。

在ThreadPoolExecutor类中提供了四个构造方法：


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public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {

.....

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,

BlockingQueue<Runnable> workQueue);

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,

BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory);

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,

BlockingQueue<Runnable> workQueue,RejectedExecutionHandler handler);

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,

BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler);

...

}

　　从上面的代码可以得知，ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService类，并提供了四个构造器，事实上，通过观察每个构造器的源码具体实现，发现前面三个构造器都是调用的第四个构造器进行的初始化工作。

下面解释下一下构造器中各个参数的含义：

  • corePoolSize：核心池的大小，这个参数跟后面讲述的线程池的实现原理有非常大的关系。在创建了线程池后，默认情况下，线程池中并没有任何线程，而是等待有任务到来才创建线程去执行任务，除非调用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法，从这2个方法的名字就可以看出，是预创建线程的意思，即在没有任务到来之前就创建corePoolSize个线程或者一个线程。默认情况下，在创建了线程池后，线程池中的线程数为0，当有任务来之后，就会创建一个线程去执行任务，当线程池中的线程数目达到corePoolSize后，就会把到达的任务放到缓存队列当中；
  • maximumPoolSize：线程池最大线程数，这个参数也是一个非常重要的参数，它表示在线程池中最多能创建多少个线程；
  • keepAliveTime：表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。默认情况下，只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时，keepAliveTime才会起作用，直到线程池中的线程数不大于corePoolSize，即当线程池中的线程数大于corePoolSize时，如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime，则会终止，直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。但是如果调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法，在线程池中的线程数不大于corePoolSize时，keepAliveTime参数也会起作用，直到线程池中的线程数为0；
  • unit：参数keepAliveTime的时间单位，有7种取值，在TimeUnit类中有7种静态属性：

TimeUnit.DAYS; //天
TimeUnit.HOURS; //小时
TimeUnit.MINUTES; //分钟
TimeUnit.SECONDS; //秒
TimeUnit.MILLISECONDS; //毫秒
TimeUnit.MICROSECONDS; //微妙
TimeUnit.NANOSECONDS; //纳秒

  • workQueue：一个阻塞队列，用来存储等待执行的任务，这个参数的选择也很重要，会对线程池的运行过程产生重大影响，一般来说，这里的阻塞队列有以下几种选择：

ArrayBlockingQueue;
LinkedBlockingQueue;
SynchronousQueue;

ArrayBlockingQueue和PriorityBlockingQueue使用较少，一般使用LinkedBlockingQueue和Synchronous。线程池的排队策略与BlockingQueue有关。

  • threadFactory：线程工厂，主要用来创建线程；
  • handler：表示当拒绝处理任务时的策略，有以下四种取值：

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。

ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。

ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务

Executor是一个顶层接口，在它里面只声明了一个方法execute(Runnable)，返回值为void，参数为Runnable类型，从字面意思可以理解，就是用来执行传进去的任务的；

然后ExecutorService接口继承了Executor接口，并声明了一些方法：submit、invokeAll、invokeAny以及shutDown等；

抽象类AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口，基本实现了ExecutorService中声明的所有方法；

然后ThreadPoolExecutor继承了类AbstractExecutorService。

在ThreadPoolExecutor类中有几个非常重要的方法：


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execute()

submit()

shutdown()

shutdownNow()

　　execute()方法实际上是Executor中声明的方法，在ThreadPoolExecutor进行了具体的实现，这个方法是ThreadPoolExecutor的核心方法，通过这个方法可以向线程池提交一个任务，交由线程池去执行。

submit()方法是在ExecutorService中声明的方法，在AbstractExecutorService就已经有了具体的实现，在ThreadPoolExecutor中并没有对其进行重写，这个方法也是用来向线程池提交任务的，但是它和execute()方法不同，它能够返回任务执行的结果，去看submit()方法的实现，会发现它实际上还是调用的execute()方法，只不过它利用了Future来获取任务执行结果（Future相关内容将在下一篇讲述）。

shutdown()和shutdownNow()是用来关闭线程池的。

  1. 剖析线程池的实现原理

（1）线程池状态

在ThreadPoolExecutor中定义了一个volatile变量，另外定义了几个static final变量表示线程池的各个状态：


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volatile int runState;

static final int RUNNING    = 0;

static final int SHUTDOWN   = 1;

static final int STOP       = 2;

static final int TERMINATED = 3;

　　runState表示当前线程池的状态，它是一个volatile变量用来保证线程之间的可见性；

下面的几个static final变量表示runState可能的几个取值。

当创建线程池后，初始时，线程池处于RUNNING状态；

如果调用了shutdown()方法，则线程池处于SHUTDOWN状态，此时线程池不能够接受新的任务，它会等待所有任务执行完毕；

如果调用了shutdownNow()方法，则线程池处于STOP状态，此时线程池不能接受新的任务，并且会去尝试终止正在执行的任务；

当线程池处于SHUTDOWN或STOP状态，并且所有工作线程已经销毁，任务缓存队列已经清空或执行结束后，线程池被设置为TERMINATED状态。

（2）任务的执行

在了解将任务提交给线程池到任务执行完毕整个过程之前，我们先来看一下ThreadPoolExecutor类中其他的一些比较重要成员变量：


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private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;              //任务缓存队列，用来存放等待执行的任务

private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();   //线程池的主要状态锁，对线程池状态（比如线程池大小

//、runState等）的改变都要使用这个锁

private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();  //用来存放工作集

private volatile long  keepAliveTime;    //线程存货时间

private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut;   //是否允许为核心线程设置存活时间

private volatile int   corePoolSize;     //核心池的大小（即线程池中的线程数目大于这个参数时，提交的任务会被放进任务缓存队列）

private volatile int   maximumPoolSize;   //线程池最大能容忍的线程数

private volatile int   poolSize;       //线程池中当前的线程数

private volatile RejectedExecutionHandler handler; //任务拒绝策略

private volatile ThreadFactory threadFactory;   //线程工厂，用来创建线程

private int largestPoolSize;   //用来记录线程池中曾经出现过的最大线程数

private long completedTaskCount;   //用来记录已经执行完毕的任务个数

　　每个变量的作用都已经标明出来了，这里要重点解释一下corePoolSize、maximumPoolSize、largestPoolSize三个变量。

corePoolSize在很多地方被翻译成核心池大小，其实我的理解这个就是线程池的大小。举个简单的例子：

假如有一个工厂，工厂里面有10个工人，每个工人同时只能做一件任务。

因此只要当10个工人中有工人是空闲的，来了任务就分配给空闲的工人做；

当10个工人都有任务在做时，如果还来了任务，就把任务进行排队等待；

如果说新任务数目增长的速度远远大于工人做任务的速度，那么此时工厂主管可能会想补救措施，比如重新招4个临时工人进来；

然后就将任务也分配给这4个临时工人做；

如果说着14个工人做任务的速度还是不够，此时工厂主管可能就要考虑不再接收新的任务或者抛弃前面的一些任务了。

当这14个工人当中有人空闲时，而新任务增长的速度又比较缓慢，工厂主管可能就考虑辞掉4个临时工了，只保持原来的10个工人，毕竟请额外的工人是要花钱的。

这个例子中的corePoolSize就是10，而maximumPoolSize就是14（10+4）。

也就是说corePoolSize就是线程池大小，maximumPoolSize在我看来是线程池的一种补救措施，即任务量突然过大时的一种补救措施。

不过为了方便理解，在本文后面还是将corePoolSize翻译成核心池大小。

largestPoolSize只是一个用来起记录作用的变量，用来记录线程池中曾经有过的最大线程数目，跟线程池的容量没有任何关系。

要知道任务提交给线程池之后的处理策略，这里总结一下主要有4点：

  • 如果当前线程池中的线程数目小于corePoolSize，则每来一个任务，就会创建一个线程去执行这个任务；
  • 如果当前线程池中的线程数目>=corePoolSize，则每来一个任务，会尝试将其添加到任务缓存队列当中，若添加成功，则该任务会等待空闲线程将其取出去执行；若添加失败（一般来说是任务缓存队列已满），则会尝试创建新的线程去执行这个任务；
  • 如果当前线程池中的线程数目达到maximumPoolSize，则会采取任务拒绝策略进行处理；
  • 如果线程池中的线程数量大于 corePoolSize时，如果某线程空闲时间超过keepAliveTime，线程将被终止，直至线程池中的线程数目不大于corePoolSize；如果允许为核心池中的线程设置存活时间，那么核心池中的线程空闲时间超过keepAliveTime，线程也会被终止。

（3）线程池的初始化

默认情况下，创建线程池之后，线程池中是没有线程的，需要提交任务之后才会创建线程。

在实际中如果需要线程池创建之后立即创建线程，可以通过以下两个方法办到：

  • prestartCoreThread()：初始化一个核心线程；
  • prestartAllCoreThreads()：初始化所有核心线程

（4）任务缓存队列以及排队策略

在前面我们多次提到了任务缓存队列，即workQueue，它用来存放等待执行的任务。

workQueue的类型为BlockingQueue<Runnable>，通常可以取下面三种类型：

1）ArrayBlockingQueue：基于数组的先进先出队列，此队列创建时必须指定大小；

2）LinkedBlockingQueue：基于链表的先进先出队列，如果创建时没有指定此队列大小，则默认为Integer.MAX_VALUE；

3）synchronousQueue：这个队列比较特殊，它不会保存提交的任务，而是将直接新建一个线程来执行新来的任务。

（5）任务拒绝策略

当线程池的任务缓存队列已满并且线程池中的线程数目达到maximumPoolSize，如果还有任务到来就会采取任务拒绝策略，通常有以下四种策略：


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ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。

ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。

ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）

ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务

（6）线程池的关闭

ThreadPoolExecutor提供了两个方法，用于线程池的关闭，分别是shutdown()和shutdownNow()，其中：

  • shutdown()：不会立即终止线程池，而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止，但再也不会接受新的任务
  • shutdownNow()：立即终止线程池，并尝试打断正在执行的任务，并且清空任务缓存队列，返回尚未执行的任务

（7）线程池容量的动态调整

ThreadPoolExecutor提供了动态调整线程池容量大小的方法：setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize()，

  • setCorePoolSize：设置核心池大小
  • setMaximumPoolSize：设置线程池最大能创建的线程数目大小

当上述参数从小变大时，ThreadPoolExecutor进行线程赋值，还可能立即创建新的线程来执行任务。

以上关于线程池的部分来自 <http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3932921.html>

时间： 2024-11-03 01:37:41

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