Java并发编程详解：Executor框架

Java并发编程详解：Executor框架
在前面的文章中讲述了创建线程的3种方式，一种是直接继承Thread，另外一种就是实现Runnable接口，今天主要详细讨论第三种方式。

　　而自从Java 1.5开始，就提供了Callable和Future，通过它们可以在任务执行完毕之后得到任务执行结果。
- Callable与Runnable
- Future
- FutureTask
- ExecutorService
- CompletionService
- 使用示例
Executor框架是指java 5中引入的一系列并发库中与executor相关的一些功能类，

其中包括线程池，Executor，Executors，ExecutorService，CompletionService，Future，Callable等。他们的关系为：

一.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。

二.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 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 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 表示任务是否已经完成，若任务完成，则返回true；
- get() 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。

三.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。

四.线程池ExecutorService

一个线程池使用类 ExecutorService 的实例来表示，通过 ExecutorService 你可以提交任务，并进行调度执行。下面列举一些你可以通过 Executors 类来创建的线程池的类型：
- Single Thread Executor : 只有一个线程的线程池，因此所有提交的任务是顺序执行，代码： Executors.newSingleThreadExecutor()
- Cached Thread Pool : 线程池里有很多线程需要同时执行，老的可用线程将被新的任务触发重新执行，如果线程超过60秒内没执行，那么将被终止并从池中删除，代码：Executors.newCachedThreadPool()
- Fixed Thread Pool : 拥有固定线程数的线程池，如果没有任务执行，那么线程会一直等待，代码： Executors.newFixedThreadPool()
- Scheduled Thread Pool : 用来调度即将执行的任务的线程池，代码：Executors.newScheduledThreadPool()
- Single Thread Scheduled Pool : 只有一个线程，用来调度执行将来的任务，代码：Executors.newSingleThreadScheduledExecutor()
一旦你创建了一个线程池，你就可以往池中通过不同的方法提交执行任务，可提交 Runnable 或者 Callable 到线程池中，该方法返回一个 Future 实例表示任务的状态，如果你提交一个 Runnable ，那么如果任务完成后 Future 对象返回 null。

例如，你编写下面的 Callable：
```
private final class StringTask extends Callable<String>{
   public String call(){
      //Long operations
 
      return "Run";
   }
}
```
如果你想使用4个线程来执行这个任务10次，那么代码如下：
```
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(4);
 
for(int i = 0; i < 10; i++){
   pool.submit(new StringTask());
}
```
但你必须手工的关闭线程池来结束所有池中的线程：
```
pool.shutdown();
```
如果你不这么做，JVM 并不会去关闭这些线程；另外你可以使用 shutdownNow() 的方法来强制关闭线程池，那么执行中的线程也会被中断，所有尚未被执行的任务也将不会再执行。

但这个例子中，你无法获取任务的执行状态，因此我们需要借助 Future 对象：
```
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(4);
 
List<Future<String>> futures = new ArrayList<Future<String>>(10);
 
for(int i = 0; i < 10; i++){
   futures.add(pool.submit(new StringTask()));
}
 
for(Future<String> future : futures){
   String result = future.get();
 
   //Compute the result
}
 
pool.shutdown();
```
五.CompletionService

不过这段代码稍微有点复杂，而且有不足的地方。如果第一个任务耗费非常长的时间来执行，然后其他的任务都早于它结束，那么当前线程就无法在第一个任务结束之前获得执行结果，但是别着急，Java 为你提供了解决方案——CompletionService。

一个 CompletionService 就是一个服务，用以简化等待任务的执行结果，实现的类是 ExecutorCompletionService，该类基于 ExecutorService，因此我们可试试下面的代码：
```
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(4);
CompletionService<String> pool = new ExecutorCompletionService<String>(threadPool);
 
for(int i = 0; i < 10; i++){
   pool.submit(new StringTask());
}
 
for(int i = 0; i < 10; i++){
   String result = pool.take().get();
 
   //Compute the result
}
 
threadPool.shutdown();
```
通过这段代码，我们可以根据执行结束的顺序获取对应的结果，而无需维护一个 Future 对象的集合。

六.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;

    }

}
```
执行结果：
```
子线程在进行计算
主线程在执行任务
task运行结果4950
所有任务执行完毕
```
　　2.使用Callable+FutureTask获取执行结果
```
public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        // 第一种方式

        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();

        Task task = new Task();

        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task);

        executor.submit(futureTask);

        executor.shutdown();

        // 第二种方式，注意这种方式和第一种方式效果是类似的，只不过一个使用的是ExecutorService，一个使用的是Thread

        /*
         * Task task = new Task();
         * 
         * FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task);
         * 
         * Thread thread = new Thread(futureTask);
         * 
         * thread.start();
         */

        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" + futureTask.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;

    }

}
```
如果为了可取消性而使用 Future 但又不提供可用的结果，则可以声明 Future<?> 形式类型、并返回 null 作为底层任务的结果。
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原文地址：https://www.cnblogs.com/chgxtony/p/4900172.html

Java并发编程详解：Executor框架

一.Callable与Runnable

二.Future

三.FutureTask

四.线程池ExecutorService

五.CompletionService

六.使用示例