使用Java Executor框架实现多线程

本文将涵盖两个主题：

• 通过实现Callable接口创建线程

• 在Java中使用Executor框架

实现Callable接口

为了创建一段可以在线程中运行的代码，我们创建了一个类，然后实现了Callable接口。这段代码完成的任务需要放在call（）函数中。在下面的代码中，你可以看到Callable task是一个实现Callable接口的类，在函数中完成了将0到4之间的数字相加的任务。

package com.mzc.common.thread;

import java.util.concurrent.Callable;

/**
 * <p class="detail">
 * 功能: 实现Callable接口
 * </p>
 *
 * @author Moore
 * @ClassName Callable task.
 * @Version V1.0.
 * @date 2019.12.23 10:06:23
 */
public class CallableTask implements Callable<Integer> {
    /**
     * Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
     *
     * @return computed result
     * @throws Exception if unable to compute a result
     */
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            sum += i;
        }
        return sum;
    }
}

在上面的代码中，你会注意到Callable的参数为Integer。这表明此Callable的返回类型将为Integer。还可以看到调用函数返回了Integer类型。

1、创建线程并运行

下面的代码显示了如何创建线程，然后运行它们。

package com.mzc.common.thread;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

public class CallableInterfaceDemo {
    public static void main(String[] args) {
        FutureTask<Integer>[] futureList = new FutureTask[5];
        for (int i = 0; i <= 4; i++) {
            Callable<Integer> callable = new CallableTask();
            futureList[i] = new FutureTask<Integer>(callable);
            Thread t = new Thread(futureList[i]);
            t.start();
        }
        for (int i = 0; i <= 4; i++) {
            FutureTask<Integer> result = futureList[i];
            try {
                System.out.println("Future Task" + i + ":" + result.get());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

为了创建线程，首先我们需要创建一个CallableTask实例，该实例实现CallableI接口，如图所示：

Callable<Integer> callable = new CallableTask();

然后我们需要创建一个FutureTask类的实例，并将Callable Task的实例作为参数传递，如下所示：

futureList[i] = new FutureTask<Integer>(callable);

然后创建一个线程，我们创建一个Thread类的实例，并将FutureTask类的实例作为参数传递，如下所示：

Thread t = new Thread(futureList[i]);

最后，使用start()方法启动线程。

2、从线程获取结果

如果是Callables，线程实际上可以返回一个值。为了获得该值，我们可以在FutureTask实例上调用get（）函数。在我们的代码中，线程的返回值是0到4之间的数字之和。如下面的代码片段所示：

FutureTask<Integer> result = futureList[i];
try {
  System.out.println("Future Task" + i + ":" + result.get());
} catch (InterruptedException e) {
  e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {     
  e.printStackTrace();
}

线程可能抛出异常，可以使用try catch块进行处理。

运行结果：

Future Task0:10
Future Task1:10
Future Task2:10
Future Task3:10
Future Task4:10

小课堂

上面示例中，我们使用了new Thread()方式创建一个线程，但在实际项目中我们很少这样用，因为每次new的时候都是新建了一个线程对象，并且不能复用，只能释放线程资源，这种方式性能较差，而且如果不加限制，创建太多的线程会消耗太多系统资源，同时线程太多，如果要定期执行、关闭线程等，都不方便统一管理。

所以我们就需要线程池来管理线程，使用线程池有以下优点：

• 可以复用线程，减少对象创建，就减少系统资源消耗

• 可以控制最大并发线程数，提高系统资源利用率

• 使用线程池可以避免资源竞争，也就减少了阻塞情况

• 创建线程池简单方便，同时便于统一管理

Executor框架

每次创建线程都是资源密集型的。一个很好的替代方法是提前设置好一些线程，也就是我上面说的线程池，然后将我们的任务分配给这些线程。这就是Executors类和ExecutorService非常有用的地方。

 

image.png

上图显示了具有4个线程的线程池。每当我们希望运行任何任务时，都可以将其分配给这些线程。任务完成后，线程将被释放以执行其他任务。

1、如何使用Executor框架

我们还是先复用上面实现了Callable接口的CallableTask实例，然后我们改造一下创建线程方式，不再使用new Thread() 创建一个线程，而是先创建一个ExecutorService，Executors类具有ExecutorService的多个实现，这儿我们使用Executors类创建大小为4的固定线程池(newFixedThreadPool)。

ExecutorService executors = Executors.newFixedThreadPool(4);

接下来，我们需要将我们的任务提交给ExecutorService，像这样：

Future<Integer> future = executors.submit(w);

提交任务后，我们将获得一个Future对象的实例。Future对象将存储Task的结果。完整代码：

package com.mzc.common.thread;

import java.util.concurrent.*;

/**
 * <p class="detail">
 * 功能: 使用Executor创建多线程
 * </p>
 *
 * @author Moore
 * @ClassName Executor demo.
 * @Version V1.0.
 * @date 2019.12.23 10:54:31
 */
public class ExecutorDemo {

    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 创建线程池的6种方式
         */

        // 1、创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
        ExecutorService executors = Executors.newFixedThreadPool(4);

        // 2、创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
//        ExecutorService executors = Executors.newCachedThreadPool();

        // 3、创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
//        ExecutorService executors = Executors.newScheduledThreadPool(4);

        // 4、创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。
//        ExecutorService executors = Executors.newSingleThreadExecutor();

        // 5、newWorkStealingPool工作窃取线程池，它是新的线程池类ForkJoinPool的扩展，
        // 但是都是在统一的一个Executors类中实现，由于能够合理的使用CPU进行对任务操作（并行操作），
        // 所以适合使用在很耗时的任务中
//        ExecutorService executors = Executors.newWorkStealingPool(4);

        // 6、newSingleThreadScheduledExecutor创建线程池同时放入多个线程时，每个线程都会按照自己的调度来执行，
        // 但是当其中一个线程被阻塞时，其它的线程都会受到影响被阻塞，
        // 不过依然都会按照自身调度来执行，但是会存在阻塞延迟。
//        ExecutorService executors = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
        Future<Integer>[] futures = new Future[5];
        Callable<Integer> w = new CallableTask();
        try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Future<Integer> future = executors.submit(w);
                futures[i] = future;
            }

            for (int i = 0; i < futures.length; i++) {
                try {
                    System.out.println("Result from Future " + i + ":" + futures[i].get());
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (ExecutionException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        } finally {
            executors.shutdown();
        }
    }
}

2、获取结果

为了获得每个任务的结果，我们可以调用Future实例的get（）方法，方法和上面的一样：

for (int i = 0; i < futures.length; i++) {
                try {
                    System.out.println("Result from Future " + i + ":" + futures[i].get());
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (ExecutionException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

运行结果

Result from Future 0:10
Result from Future 1:10
Result from Future 2:10
Result from Future 3:10
Result from Future 4:10

固定线程池(newFixedThreadPool)的运行情况说明：

• 在上面的示例中，我们创建了一个大小为4的固定线程池。

• 如果我们总共向ExecutorService提交3个任务，那么所有3个任务都将分配给线程池，并且它们将开始执行。

• 如果我们向ExecutorService提交4个任务，那么所有这4个任务将再次分配给线程池，并且它们将开始执行。

• 如果我们向该线程池提交5个任务，只有4个任务将分配给线程池。这是因为线程池的大小为4。仅当释放池中的线程之一时，才会分配第五个任务。

关闭ExecutorService

当我们不再需要线程时，需要关闭ExecutorService，这样做能确保JVM不会消耗其他资源。我们可以使用下面这个命令关闭ExecutorService：

executors.shutdown();

ExecutorService的关闭操作通常位于``finally''块中。这是为了确保即使在发生任何异常的情况下，关闭操作始终在代码的末尾被执行。如果关闭操作不正确，那么如果发生任何异常，则ExecutorService仍将运行并消耗其他JVM资源。

总结

线程池的一些常用方法

• submit()：提交任务，能够返回执行结果execute+Future

• shutdown()：关闭线程池，等待任务都执行完

• getPoolSize()：线程池当前线程数量

• getActiveCount()：当前线程池中正在执行任务的线程数量

• shutdownNow()：关闭线程池，不等待任务执行完

• getTaskCount()：线程池已执行和未执行的任务总数

• getCompletedTaskCount()：已完成的任务数量

创建线程池的6种方式

1. newFixedThreadPool()：创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。

2. EnewCachedThreadPool()：创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。

3. newScheduledThreadPool()：创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。

4. newSingleThreadExecutor()：创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO,* LIFO*,优先级)执行。

5. newWorkStealingPool()：工作窃取线程池，它是新的线程池类ForkJoinPool的扩展，但是都是在统一的一个Executors类中实现，由于能够合理的使用CPU进行对任务操作（并行操作），所以适合使用在很耗时的任务中。

6. newSingleThreadScheduledExecutor()：newSingleThreadScheduledExecutor创建线程池同时放入多个线程时，每个线程都会按照自己的调度来执行，但是当其中一个线程被阻塞时，其它的线程都会受到影响被阻塞，不过依然都会按照自身调度来执行，但是会存在阻塞延迟。

代码示例

// 1、创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
        ExecutorService executors = Executors.newFixedThreadPool(4);

        // 2、创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
        ExecutorService executors = Executors.newCachedThreadPool();

        // 3、创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
        ExecutorService executors = Executors.newScheduledThreadPool(4);

        // 4、创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。
        ExecutorService executors = Executors.newSingleThreadExecutor();

        // 5、newWorkStealingPool工作窃取线程池，它是新的线程池类ForkJoinPool的扩展，
        // 但是都是在统一的一个Executors类中实现，由于能够合理的使用CPU进行对任务操作（并行操作），
        // 所以适合使用在很耗时的任务中
        ExecutorService executors = Executors.newWorkStealingPool(4);

        // 6、newSingleThreadScheduledExecutor创建线程池同时放入多个线程时，每个线程都会按照自己的调度来执行，
        // 但是当其中一个线程被阻塞时，其它的线程都会受到影响被阻塞，
        // 不过依然都会按照自身调度来执行，但是会存在阻塞延迟。
        ExecutorService executors = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();

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