Java多线程3线程池、Callable和Future

        线程池

       java.util.concurrent，在Java开发中，我们接触到了好多池的技术，String类的对象池、Integer的共享池、连接数据库的连接池、Struts1.3的对象池等等，池的最终目的都是节约资源，以更小的开销做更多的事情，从而提高性能。

        我们的web项目都是部署在服务器上，浏览器端的每一个request就是一个线程，那么服务器需要并发的处理多个请求，就需要线程池技术，下面来看一下Java并发包下如何创建线程池。

        1.  创建一个可重用固定线程集合的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。

ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
// 创建可以容纳3个线程的线程池

        2. 创建一个可根据需要创建新线程的线程池，但是在以前构造的线程可用时将重用它们。

ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
// 线程池的大小会根据执行的任务数动态分配

        3. 创建一个使用单个 worker 线程的 Executor，以无界队列方式来运行该线程。

ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
<pre name="code" class="java">
// 创建单个线程的线程池，如果当前线程在执行任务时突然中断，则会创建一个新的线程替代它继续执行任务

        4. 创建一个可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行的线程池。

ScheduledExecutorService threadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);
// 效果类似于Timer定时器

        每种线程池都有不同的使用场景，下面看一下这四种线程池使用起来有什么不同。

        1. FixedThreadPool

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolTest {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        for(int i = 1; i < 5; i++) {
            final int taskID = i;
            threadPool.execute(new Runnable() {
                public void run() {
                    for(int i = 1; i < 5; i++) {
                        try {
                            Thread.sleep(20);// 为了测试出效果，让每次任务执行都需要一定时间
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println("第" + taskID + "次任务的第" + i + "次执行");
                    }
                }
            });
        }
        threadPool.shutdown();// 任务执行完毕，关闭线程池
    }
}

        输出结果：

第1次任务的第1次执行
第2次任务的第1次执行
第3次任务的第1次执行
第2次任务的第2次执行
第3次任务的第2次执行
第1次任务的第2次执行
第3次任务的第3次执行
第1次任务的第3次执行
第2次任务的第3次执行
第3次任务的第4次执行
第2次任务的第4次执行
第1次任务的第4次执行
第4次任务的第1次执行
第4次任务的第2次执行
第4次任务的第3次执行
第4次任务的第4次执行

        上段代码中，创建了一个固定大小的线程池，容量为3，然后循环执行了4个任务，由输出结果可以看到，前3个任务首先执行完，然后空闲下来的线程去执行第4个任务，在FixedThreadPool中，有一个固定大小的池，如果当前需要执行的任务超过了池大小，那么多于的任务等待状态，直到有空闲下来的线程执行任务，而当执行的任务小于池大小，空闲的线程也不会去销毁。
        2. CachedThreadPool

        上段代码其它地方不变，将newFixedThreadPool方法换成newCachedThreadPool方法。

        输出结果：

第3次任务的第1次执行
第4次任务的第1次执行
第1次任务的第1次执行
第2次任务的第1次执行
第4次任务的第2次执行
第3次任务的第2次执行
第2次任务的第2次执行
第1次任务的第2次执行
第2次任务的第3次执行
第3次任务的第3次执行
第1次任务的第3次执行
第4次任务的第3次执行
第2次任务的第4次执行
第4次任务的第4次执行
第3次任务的第4次执行
第1次任务的第4次执行

        可见，4个任务是交替执行的，CachedThreadPool会创建一个缓存区，将初始化的线程缓存起来，如果线程有可用的，就使用之前创建好的线程，如果没有可用的，就新创建线程，终止并且从缓存中移除已有60秒未被使用的线程。

        3. SingleThreadExecutor        上段代码其它地方不变，将newFixedThreadPool方法换成newSingleThreadExecutor方法。        输出结果：

第1次任务的第1次执行
第1次任务的第2次执行
第1次任务的第3次执行
第1次任务的第4次执行
第2次任务的第1次执行
第2次任务的第2次执行
第2次任务的第3次执行
第2次任务的第4次执行
第3次任务的第1次执行
第3次任务的第2次执行
第3次任务的第3次执行
第3次任务的第4次执行
第4次任务的第1次执行
第4次任务的第2次执行
第4次任务的第3次执行
第4次任务的第4次执行

        4个任务是顺序执行的，SingleThreadExecutor得到的是一个单个的线程，这个线程会保证你的任务执行完成，如果当前线程意外终止，会创建一个新线程继续执行任务，这和我们直接创建线程不同，也和newFixedThreadPool(1)不同。

    4.ScheduledThreadPool    

import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class ThreadPoolTest {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService schedulePool = Executors.newScheduledThreadPool(1);
        // 5秒后执行任务
        schedulePool.schedule(new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("爆炸");
            }
        }, 5, TimeUnit.SECONDS);
        // 5秒后执行任务，以后每2秒执行一次
        schedulePool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("爆炸");
            }
        }, 5, 2, TimeUnit.SECONDS);
    }
}

   ScheduledThreadPool是一个固定大小的线程池，与FixedThreadPool类似，执行的任务是定时执行。

 

   Java的并发包很强大，上面所说只是入门，下面是Callable和Future，它俩很有意思的，一个产生结果，一个拿到结果。

   Callable接口类似于Runnable，从名字就可以看出来了，但是Runnable不会返回结果，并且无法抛出返回结果的异常，而Callable功能更强大一些，被线程执行后，可以返回值，这个返回值可以被Future拿到，也就是说，Future可以拿到异步执行任务的返回值，下面来看一个简单的例子：

public class CallableAndFuture {
    public static void main(String[] args) {
        Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {
            public Integer call() throws Exception {
                return new Random().nextInt(100);
            }
        };
        FutureTask<Integer> future = new FutureTask<Integer>(callable);
        new Thread(future).start();
        try {
            Thread.sleep(5000);// 可能做一些事情
            System.out.println(future.get());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

        FutureTask实现了两个接口，Runnable和Future，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，那么这个组合的使用有什么好处呢？假设有一个很耗时的返回值需要计算，并且这个返回值不是立刻需要的话，那么就可以使用这个组合，用另一个线程去计算返回值，而当前线程在使用这个返回值之前可以做其它的操作，等到需要这个返回值时，再通过Future得到，岂不美哉！这里有一个Future模式的介绍：http://caterpillar.onlyfun.net/Gossip/DesignPattern/FuturePattern.htm。

        下面来看另一种方式使用Callable和Future，通过ExecutorService的submit方法执行Callable，并返回Future，代码如下：

public class CallableAndFuture {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
        Future<Integer> future = threadPool.submit(new Callable<Integer>() {
            public Integer call() throws Exception {
                return new Random().nextInt(100);
            }
        });
        try {
            Thread.sleep(5000);// 可能做一些事情
            System.out.println(future.get());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

        代码是不是简化了很多，ExecutorService继承自Executor，它的目的是为我们管理Thread对象，从而简化并发编程，Executor使我们无需显示的去管理线程的生命周期，是JDK 5之后启动任务的首选方式。

        执行多个带返回值的任务，并取得多个返回值，代码如下：

public class CallableAndFuture {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        CompletionService<Integer> cs = new ExecutorCompletionService<Integer>(threadPool);
        for(int i = 1; i < 5; i++) {
            final int taskID = i;
            cs.submit(new Callable<Integer>() {
                public Integer call() throws Exception {
                    return taskID;
                }
            });
        }
        // 可能做一些事情
        for(int i = 1; i < 5; i++) {
            try {
                System.out.println(cs.take().get());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

   其实也可以不使用CompletionService，可以先创建一个装Future类型的集合，用Executor提交的任务返回值添加到集合中，最后便利集合取出数据，代码略。