java并发编程-Executor框架

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：

并发编程的一种编程方式是把任务拆分为一些列的小任务，即Runnable，然后在提交给一个Executor执行，Executor.execute(Runnalbe) 。Executor在执行时使用内部的线程池完成操作。

一、创建线程池

Executors类，提供了一系列工厂方法用于创先线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService接口。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)

创建固定数目线程的线程池。

public static ExecutorService newCachedThreadPool()

创建一个可缓存的线程池，调用execute 将重用以前构造的线程（如果线程可用）。如果现有线程没有可用的，则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()

创建一个单线程化的Executor。

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)

创建一个支持定时及周期性的任务执行的线程池，多数情况下可用来替代Timer类。

Java代码  

1. Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(10);  
2. Runnable task = new Runnable() {  
3.     @Override  
4.     public void run() {  
5.         System.out.println("task over");  
6.     }  
7. };  
8. executor.execute(task);  
9.   
10. executor = Executors.newScheduledThreadPool(10);  
11. ScheduledExecutorService scheduler = (ScheduledExecutorService) executor;  
12. scheduler.scheduleAtFixedRate(task, 10, 10, TimeUnit.SECONDS);  

 二、ExecutorService与生命周期

ExecutorService扩展了Executor并添加了一些生命周期管理的方法。一个Executor的生命周期有三种状态，运行 ，关闭 ，终止。Executor创建时处于运行状态。当调用ExecutorService.shutdown()后，处于关闭状态，isShutdown()方法返回true。这时，不应该再想Executor中添加任务，所有已添加的任务执行完毕后，Executor处于终止状态，isTerminated()返回true。

如果Executor处于关闭状态，往Executor提交任务会抛出unchecked exception RejectedExecutionException。

Java代码  

1. ExecutorService executorService = (ExecutorService) executor;  
2. while (!executorService.isShutdown()) {  
3.     try {  
4.         executorService.execute(task);  
5.     } catch (RejectedExecutionException ignored) {  
6.           
7.     }  
8. }  
9. executorService.shutdown();  

 三、使用Callable，Future返回结果

Future<V>代表一个异步执行的操作，通过get()方法可以获得操作的结果，如果异步操作还没有完成，则，get()会使当前线程阻塞。FutureTask<V>实现了Future<V>和Runable<V>。Callable代表一个有返回值得操作。

Java代码  

1. Callable<Integer> func = new Callable<Integer>(){  
2.     public Integer call() throws Exception {  
3.         System.out.println("inside callable");  
4.         Thread.sleep(1000);  
5.         return new Integer(8);  
6.     }         
7. };        
8. FutureTask<Integer> futureTask  = new FutureTask<Integer>(func);  
9. Thread newThread = new Thread(futureTask);  
10. newThread.start();  
11.   
12. try {  
13.     System.out.println("blocking here");  
14.     Integer result = futureTask.get();  
15.     System.out.println(result);  
16. } catch (InterruptedException ignored) {  
17. } catch (ExecutionException ignored) {  
18. }  

 ExecutoreService提供了submit()方法，传递一个Callable，或Runnable，返回Future。如果Executor后台线程池还没有完成Callable的计算，这调用返回Future对象的get()方法，会阻塞直到计算完成。

例子：并行计算数组的和。

Java代码  

1. package executorservice;  
2.   
3. import java.util.ArrayList;  
4. import java.util.List;  
5. import java.util.concurrent.Callable;  
6. import java.util.concurrent.ExecutionException;  
7. import java.util.concurrent.ExecutorService;  
8. import java.util.concurrent.Executors;  
9. import java.util.concurrent.Future;  
10. import java.util.concurrent.FutureTask;  
11.   
12. public class ConcurrentCalculator {  
13.   
14.     private ExecutorService exec;  
15.     private int cpuCoreNumber;  
16.     private List<Future<Long>> tasks = new ArrayList<Future<Long>>();  
17.   
18.     // 内部类  
19.     class SumCalculator implements Callable<Long> {  
20.         private int[] numbers;  
21.         private int start;  
22.         private int end;  
23.   
24.         public SumCalculator(final int[] numbers, int start, int end) {  
25.             this.numbers = numbers;  
26.             this.start = start;  
27.             this.end = end;  
28.         }  
29.   
30.         public Long call() throws Exception {  
31.             Long sum = 0l;  
32.             for (int i = start; i < end; i++) {  
33.                 sum += numbers[i];  
34.             }  
35.             return sum;  
36.         }  
37.     }  
38.   
39.     public ConcurrentCalculator() {  
40.         cpuCoreNumber = Runtime.getRuntime().availableProcessors();  
41.         exec = Executors.newFixedThreadPool(cpuCoreNumber);  
42.     }  
43.   
44.     public Long sum(final int[] numbers) {  
45.         // 根据CPU核心个数拆分任务，创建FutureTask并提交到Executor  
46.         for (int i = 0; i < cpuCoreNumber; i++) {  
47.             int increment = numbers.length / cpuCoreNumber + 1;  
48.             int start = increment * i;  
49.             int end = increment * i + increment;  
50.             if (end > numbers.length)  
51.                 end = numbers.length;  
52.             SumCalculator subCalc = new SumCalculator(numbers, start, end);  
53.             FutureTask<Long> task = new FutureTask<Long>(subCalc);  
54.             tasks.add(task);  
55.             if (!exec.isShutdown()) {  
56.                 exec.submit(task);  
57.             }  
58.         }  
59.         return getResult();  
60.     }  
61.   
62.     /** 
63.      * 迭代每个只任务，获得部分和，相加返回 
64.      *  
65.      * @return 
66.      */  
67.     public Long getResult() {  
68.         Long result = 0l;  
69.         for (Future<Long> task : tasks) {  
70.             try {  
71.                 // 如果计算未完成则阻塞  
72.                 Long subSum = task.get();  
73.                 result += subSum;  
74.             } catch (InterruptedException e) {  
75.                 e.printStackTrace();  
76.             } catch (ExecutionException e) {  
77.                 e.printStackTrace();  
78.             }  
79.         }  
80.         return result;  
81.     }  
82.   
83.     public void close() {  
84.         exec.shutdown();  
85.     }  
86. }  

 Main

Java代码  

1. int[] numbers = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11 };  
2. ConcurrentCalculator calc = new ConcurrentCalculator();  
3. Long sum = calc.sum(numbers);  
4. System.out.println(sum);  
5. calc.close();  

 四、CompletionService

在刚在的例子中，getResult()方法的实现过程中，迭代了FutureTask的数组，如果任务还没有完成则当前线程会阻塞，如果我们希望任意字任务完成后就把其结果加到result中，而不用依次等待每个任务完成，可以使CompletionService。生产者submit()执行的任务。使用者take()已完成的任务，并按照完成这些任务的顺序处理它们的结果 。也就是调用CompletionService的take方法是，会返回按完成顺序放回任务的结果，CompletionService内部维护了一个阻塞队列BlockingQueue，如果没有任务完成，take()方法也会阻塞。修改刚才的例子使用CompletionService：

Java代码  

1. public class ConcurrentCalculator2 {  
2.   
3.     private ExecutorService exec;  
4.     private CompletionService<Long> completionService;  
5.   
6.   
7.     private int cpuCoreNumber;  
8.   
9.     // 内部类  
10.     class SumCalculator implements Callable<Long> {  
11.         ......  
12.     }  
13.   
14.     public ConcurrentCalculator2() {  
15.         cpuCoreNumber = Runtime.getRuntime().availableProcessors();  
16.         exec = Executors.newFixedThreadPool(cpuCoreNumber);  
17.         completionService = new ExecutorCompletionService<Long>(exec);  
18.   
19.   
20.     }  
21.   
22.     public Long sum(final int[] numbers) {  
23.         // 根据CPU核心个数拆分任务，创建FutureTask并提交到Executor  
24.         for (int i = 0; i < cpuCoreNumber; i++) {  
25.             int increment = numbers.length / cpuCoreNumber + 1;  
26.             int start = increment * i;  
27.             int end = increment * i + increment;  
28.             if (end > numbers.length)  
29.                 end = numbers.length;  
30.             SumCalculator subCalc = new SumCalculator(numbers, start, end);   
31.             if (!exec.isShutdown()) {  
32.                 completionService.submit(subCalc);  
33.   
34.   
35.             }  
36.               
37.         }  
38.         return getResult();  
39.     }  
40.   
41.     /** 
42.      * 迭代每个只任务，获得部分和，相加返回 
43.      *  
44.      * @return 
45.      */  
46.     public Long getResult() {  
47.         Long result = 0l;  
48.         for (int i = 0; i < cpuCoreNumber; i++) {              
49.             try {  
50.                 Long subSum = completionService.take().get();  
51.                 result += subSum;             
52.             } catch (InterruptedException e) {  
53.                 e.printStackTrace();  
54.             } catch (ExecutionException e) {  
55.                 e.printStackTrace();  
56.             }  
57.         }  
58.         return result;  
59.     }  
60.   
61.     public void close() {  
62.         exec.shutdown();  
63.     }  
64. }  

 五、例子HtmlRender

该例子模拟浏览器的Html呈现过程，先呈现文本，再异步下载图片，下载完毕每个图片即显示，见附件eclipse项目htmlreander包。

所有代码见附件，Eclipse项目。本文参考《Java并发编程实践 》。