JAVA的Executor框架

　　Executor框架分离了任务的创建和执行。JAVA SE5的java.util.concurrent包中的执行器（Executor）管理Thread对象，从而简化了并发编程。Executor引入了一些功能类来管理和使用线程Thread，其中包括线程池，Executor，Executors，ExecutorService，CompletionService，Future，Callable等.

1.Executor接口

public interface Executor{
   void execute(Runnable task);
}

　　Executor接口是Executor框架中最基础的部分，定义了一个用于执行Runnable的execute方法。它没有直接的实现类，有一个重要的子接口ExecutorService.执行已提交的Runnable任务的对象。此接口提供一种将任务提交与每个任务将如何运行的机制（包括线程使用的细节、调度等）分离开来的方法。通常使用 Executor而不是显式地创建线程。例如，可能会使用以下方法，而不是为一组任务中的每个任务调用 new Thread(new(RunnableTask())).start()：

 Executor executor = anExecutor;
 executor.execute(new RunnableTask1());
 executor.execute(new RunnableTask2());
 ...

　　内存一致性效果：线程中将Runnable 对象提交到 Executor之前的操作 happen-before其执行开始（可能在另一个线程中）。

2.ExecutorService

public interface ExecutorService extends Executor {
    void shutdown();//关闭方法，调用后执行之前提交的任务，不再接受新的任务
    List<Runnable> shutdownNow();//从语义上可以看出是立即停止的意思，将暂停所有等待处理的任务并返回这些任务的列表
    boolean isShutdown();// 判断执行器是否已经关闭
    boolean isTerminated();//关闭后所有任务是否都已完成
    boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException;
    <T> Future<T> submit(Callable<T> task);//提交一个Callable任务
    <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);//提交一个Runable任务，result要返回的结果
    Future<?> submit(Runnable task);//提交一个任务
    //执行所有给定的任务，当所有任务完成，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;
}

　　ExecutorService接口继承自Executor接口，定义了终止、提交任务、跟踪任务返回结果等方法。ExecutorService涉及到Runnable、Callable、Future接口，这些接口的具体内容如下。

  // 实现Runnable接口的类将被Thread执行，表示一个基本的任务
  public interface Runnable {
      public abstract void run();// run方法就是它所有的内容，就是实际执行的任务
  }
  // Callable同样是任务，与Runnable接口的区别在于它接收泛型，同时它执行任务后带有返回内容
  public interface Callable<V> {
      V call() throws Exception;// 相对于run方法的带有返回值的call方法
  }

3.Future:代表异步任务执行的结果

public interface Future<V> {
    //尝试取消一个任务，如果这个任务不能被取消（通常是因为已经执行完了），返回false，否则返回true。
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    boolean isCancelled();// 返回代表的任务是否在完成之前被取消了 
    boolean isDone(); //如果任务已经完成，返回true
    //获取异步任务的执行结果,如果任务没执行完将等待
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
    //获取异步任务的执行结果（有最长等待时间的限制）。timeout表示等待的时间，unit是它时间单位 
    V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException,ExecutionException, TimeoutException;
}

4.ScheduledExecutorService

//可以安排指定时间或周期性的执行任务的ExecutorService
public interface ScheduledExecutorService extends ExecutorService {
    //在指定延迟后执行一个任务，只执行一次
    public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command,long delay,TimeUnit unit);
    //与上面的方法相同，只是接受的是Callable任务 
    public ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable,long delay,TimeUnit unit);
    //创建并执行一个周期性的任务，在initialDelay延迟后每间隔period个单位执行一次，时间单位都是unit
    // 每次执行任务的时间点是initialDelay, initialDelay+period, initialDelay + 2 * period
    public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,long initialDelay, long period, TimeUnit unit);
    // 创建并执行一个周期性的任务，在initialDelay延迟后开始执行，在执行结束后再延迟delay个单位开始执行下一次任务，
    // 时间单位都是unit.每次执行任务的时间点是initialDelay, initialDelay+(任务运行时间+delay),
    // initialDelay + 2 * (任务运行时间+delay)...
    public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,long initialDelay, long delay, TimeUnit unit);
}

 5.AbstractExecutorService

//提供ExecutorService的默认实现
public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService { 
    //为指定的Runnable和value构造一个FutureTask, value表示默认被返回的Future
    protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) {
        return new FutureTask<T>(runnable, value);
    }
    //为指定的Callable创建一个FutureTask
    protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {
        return new FutureTask<T>(callable);
    }
    // 提交Runnable任务
    public Future<?> submit(Runnable task) {
        if (task == null)
            throw new NullPointerException();
        // 通过newTaskFor方法构造RunnableFuture，默认的返回值是null
        RunnableFuture<Object> ftask = newTaskFor(task, null);
        // 调用具体实现的execute方法
        execute(ftask);
        return ftask;
    }
    // 提交Runnable任务
    public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {
        if (task == null)
            throw new NullPointerException();
        //通过newTaskFor方法构造RunnableFuture，默认的返回值是result
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task, result);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }
    //提交Callable任务
    public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
        if (task == null)
            throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }
    // doInvokeAny的具体实现（核心内容），其它几个方法都是重载方法，都对这个方法进行调用
    // tasks是被执行的任务集，timed标志是否定时的，nanos表示定时的情况下执行任务的限制时间
    private <T> T doInvokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,boolean timed,long nanos)
         throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
         if (tasks==null)// tasks空判断
             throw new NullPointerException();
         int ntasks=tasks.size();// 任务数量
         if (ntasks == 0)
             throw new IllegalArgumentException();  
         List<Future<T>> futures= new ArrayList<Future<T>>(ntasks);// 创建对应数量的Future返回集
         ExecutorCompletionService<T> ecs =new ExecutorCompletionService<T>(this);
         try {
             ExecutionException ee = null; //执行异常
             long lastTime = (timed)? System.nanoTime(): 0; //System.nanoTime()根据系统计时器当回当前的纳秒值
             Iterator<? extends Callable<T>> it = tasks.iterator();//获取任务集的遍历器
             futures.add(ecs.submit(it.next()));//向执行器ExecutorCompletionService提交一个任务，并将结果加入futures中
             --ntasks;//修改任务计数器
             int active =1;//活跃任务计数器
             for (;;) {
                 Future<T> f = ecs.poll();//获取并移除代表已完成任务的Future，如果不存在，返回null
                 if (f== null) {
                     //没有任务完成，且任务集中还有未提交的任务
                     if (ntasks > 0) {
                         --ntasks;//剩余任务计数器减   
                         futures.add(ecs.submit(it.next()));//提交任务并添加结果
                         ++active; //活跃任务计数器加
                     }
                     //没有剩余任务，且没有活跃任务（所有任务可能都会取消），跳过这一次循环
                     else if (active==0)
                         break;
                     else if (timed) {
                         //获取并移除代表已完成任务的Future，如果不存在，会等待nanos指定的纳秒数
                         f = ecs.poll(nanos, TimeUnit.NANOSECONDS);
                         if (f == null)
                             throw new TimeoutException();
                         // 计算剩余可用时间
                         long now = System.nanoTime();
                         nanos -= now - lastTime;
                         lastTime = now;
                     }
                     else
                         // 获取并移除表示下一个已完成任务的未来，等待，如果目前不存在。
                         // 执行到这一步说明已经没有任务任务可以提交，只能等待某一个任务的返回
                         f = ecs.take();
                 }
                 // f不为空说明有一个任务完成了
                 if (f!=null) {
                     --active;//已完成一个任务，所以活跃任务计数减
                     try {
                         return f.get();//返回该任务的结果
                     } catch (InterruptedException ie) {
                         throw ie;
                     } catch (ExecutionException eex) {
                         ee = eex;
                     } catch (RuntimeException rex) {
                         ee = new ExecutionException(rex);
                     }
                 }
             }
             // 如果没有成功返回结果则抛出异常
             if (ee == null)
                 ee = new ExecutionException();
             throw ee;
         } finally {
             // 无论执行中发生异常还是顺利结束，都将取消剩余未执行的任务
             for (Future<T> f : futures)
                 f.cancel(true);
         }
     }
    public <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
         throws InterruptedException, ExecutionException {
         try {
             return doInvokeAny(tasks, false,0);//非定时任务的doInvokeAny调用
         } catch (TimeoutException cannotHappen) {
             assert false;
             return null;
         }
     }
    // 定时任务的invokeAny调用，timeout表示超时时间，unit表示时间单位
    public <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,long timeout,TimeUnit unit) 
                    throws InterruptedException,
            ExecutionException, TimeoutException {
        return doInvokeAny(tasks, true, unit.toNanos(timeout));
    }
    // 无超时设置的invokeAll方法
    public <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
            throws InterruptedException {
        // 空任务判断
        if (tasks == null)
            throw new NullPointerException();
        // 创建大小为任务数量的结果集
        List<Future<T>> futures = new ArrayList<Future<T>>(tasks.size());
        //是否完成所有任务的标记
        boolean done=false;
        try {
            // 遍历并执行任务
            for (Callable<T> t : tasks) {
                RunnableFuture<T> f = newTaskFor(t);
                futures.add(f);
                execute(f);
            }
            // 遍历结果集
            for (Future<T> f : futures) {
                // 如果某个任务没完成，通过f调用get()方法
                if (!f.isDone()) {
                    try {
                        //get方法等待计算完成，然后获取结果(会等待)。所以调用get后任务就会完成计算，否则会等待
                        f.get();
                    } catch (CancellationException ignore) {
                    } catch (ExecutionException ignore) {
                    }
                }
            } 
            done =true;//标志所有任务执行完成
            return futures;// 返回结果
        } finally {
            // 假如没有完成所有任务（可能是发生异常等情况），将任务取消
            if (!done)
                for (Future<T> f : futures)
                    f.cancel(true);
        }
    }
    // 超时设置的invokeAll方法
    public <T> List<Future<T>>invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,long timeout,TimeUnit unit)throws InterruptedException {
         if (tasks == null||unit == null)//需要执行的任务集为空或时间单位为空，抛出异常
             throw new NullPointerException();
         long nanos = unit.toNanos(timeout);//将超时时间转为纳秒单位
         List<Future<T>> futures = new ArrayList<Future<T>>(tasks.size());//创建任务结果集
         boolean done = false;//是否全部完成的标志
         try {
             //遍历tasks，将任务转为RunnableFuture
             for (Callable<T> t : tasks)
                 futures.add(newTaskFor(t));
             long lastTime = System.nanoTime(); //记录当前时间（单位是纳秒）
             Iterator<Future<T>> it = futures.iterator();//获取迭代器
             // 遍历
             while (it.hasNext()) {
                 execute((Runnable)(it.next()));//执行任务
                 long now = System.nanoTime();//记录当前时间 
                 nanos -= now - lastTime;//计算剩余可用时间
                 lastTime = now;//更新上一次执行时间
                 //超时，返回保存任务状态的结果集
                 if (nanos <= 0)
                     return futures;
             }
             for (Future<T> f : futures) {
                 //如果有任务没完成
                 if (!f.isDone()) {
                     //时间已经用完，返回保存任务状态的结果集
                     if (nanos <= 0)
                         return futures;
                     try {
                         // 获取计算结果，最多等待给定的时间nanos，单位是纳秒
                         f.get(nanos, TimeUnit.NANOSECONDS);
                     } catch (CancellationException ignore) {
                     } catch (ExecutionException ignore) {
                     } catch (TimeoutException toe) {
                         return futures;
                     }
                     // 计算可用时间
                     long now = System.nanoTime();
                     nanos -= now - lastTime;
                     lastTime = now;
                 }
             }
             done = true;//修改是否全部完成的标记          
             return futures;//返回结果集
         } finally {
             //假如没有完成所有任务（可能是时间已经用完、发生异常等情况），将任务取消
             if (!done)
                 for (Future<T> f : futures)
                     f.cancel(true);
         }
     }
}