Executor并发框架

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。

java代码

Executorexecutor=Executors.newFixedThreadPool(10);
Runnabletask=newRunnable(){
@Override
publicvoidrun(){
System.out.println("taskover");
}
};
executor.execute(task);

executor=Executors.newScheduledThreadPool(10);
ScheduledExecutorServicescheduler=(ScheduledExecutorService)executor;
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。

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。

Callable<Integer>func=newCallable<Integer>(){
publicIntegercall()throwsException{
System.out.println("insidecallable");
Thread.sleep(1000);
returnnewInteger(8);
}
};
FutureTask<Integer>futureTask=newFutureTask<Integer>(func);
ThreadnewThread=newThread(futureTask);
newThread.start();

try{
System.out.println("blockinghere");
Integerresult=futureTask.get();
System.out.println(result);
}catch(InterruptedExceptionignored){
}catch(ExecutionExceptionignored){
}

		Callable<Integer> func = new Callable<Integer>(){
			public Integer call() throws Exception {
				System.out.println("inside callable");
				Thread.sleep(1000);
				return new Integer(8);
			}		
		};		
		FutureTask<Integer> futureTask  = new FutureTask<Integer>(func);
		Thread newThread = new Thread(futureTask);
		newThread.start();
		
		try {
			System.out.println("blocking here");
			Integer result = futureTask.get();
			System.out.println(result);
		} catch (InterruptedException ignored) {
		} catch (ExecutionException ignored) {
		}

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

packageexecutorservice;

importjava.util.ArrayList;
importjava.util.List;
importjava.util.concurrent.Callable;
importjava.util.concurrent.ExecutionException;
importjava.util.concurrent.ExecutorService;
importjava.util.concurrent.Executors;
importjava.util.concurrent.Future;
importjava.util.concurrent.FutureTask;

publicclassConcurrentCalculator{

privateExecutorServiceexec;
privateintcpuCoreNumber;
privateList<Future<Long>>tasks=newArrayList<Future<Long>>();

//内部类
classSumCalculatorimplementsCallable<Long>{
privateint[]numbers;
privateintstart;
privateintend;

publicSumCalculator(finalint[]numbers,intstart,intend){
this.numbers=numbers;
this.start=start;
this.end=end;
}

publicLongcall()throwsException{
Longsum=0l;
for(inti=start;i<end;i++){
sum+=numbers[i];
}
returnsum;
}
}

publicConcurrentCalculator(){
cpuCoreNumber=Runtime.getRuntime().availableProcessors();
exec=Executors.newFixedThreadPool(cpuCoreNumber);
}

publicLongsum(finalint[]numbers){
//根据CPU核心个数拆分任务，创建FutureTask并提交到Executor
for(inti=0;i<cpuCoreNumber;i++){
intincrement=numbers.length/cpuCoreNumber+1;
intstart=increment*i;
intend=increment*i+increment;
if(end>numbers.length)
end=numbers.length;
SumCalculatorsubCalc=newSumCalculator(numbers,start,end);
FutureTask<Long>task=newFutureTask<Long>(subCalc);
tasks.add(task);
if(!exec.isShutdown()){
exec.submit(task);
}
}
returngetResult();
}

/**
*迭代每个只任务，获得部分和，相加返回
*
*@return
*/
publicLonggetResult(){
Longresult=0l;
for(Future<Long>task:tasks){
try{
//如果计算未完成则阻塞
LongsubSum=task.get();
result+=subSum;
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}catch(ExecutionExceptione){
e.printStackTrace();
}
}
returnresult;
}

publicvoidclose(){
exec.shutdown();
}
}

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

publicclassConcurrentCalculator2{

privateExecutorServiceexec;
privateCompletionService<Long>completionService;


privateintcpuCoreNumber;

//内部类
classSumCalculatorimplementsCallable<Long>{
......
}

publicConcurrentCalculator2(){
cpuCoreNumber=Runtime.getRuntime().availableProcessors();
exec=Executors.newFixedThreadPool(cpuCoreNumber);
completionService=newExecutorCompletionService<Long>(exec);


}

publicLongsum(finalint[]numbers){
//根据CPU核心个数拆分任务，创建FutureTask并提交到Executor
for(inti=0;i<cpuCoreNumber;i++){
intincrement=numbers.length/cpuCoreNumber+1;
intstart=increment*i;
intend=increment*i+increment;
if(end>numbers.length)
end=numbers.length;
SumCalculatorsubCalc=newSumCalculator(numbers,start,end);
if(!exec.isShutdown()){
completionService.submit(subCalc);


}

}
returngetResult();
}

/**
*迭代每个只任务，获得部分和，相加返回
*
*@return
*/
publicLonggetResult(){
Longresult=0l;
for(inti=0;i<cpuCoreNumber;i++){
try{
LongsubSum=completionService.take().get();
result+=subSum;
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}catch(ExecutionExceptione){
e.printStackTrace();
}
}
returnresult;
}

publicvoidclose(){
exec.shutdown();
}
}

package com.sunjing.thread.test2;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
* 创建ThreadPool 线程池
* 使用了2个大小的线程池来处理100个线程
* 需要注意的是线程池必须使用shutdown来显式关闭，否则主线程就无法退出。shutdown也不会阻塞主线程
* @author Administrator
*
*/
public class ThreadPoolDemo1 {

public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(2);
for (int index = 0; index < 100; index++) {
Runnable run = new Runnable() {
public void run() {
long time = (long) (Math.random() * 1000);
System.out.println("Sleeping" + time + "ms");
try {
Thread.sleep(time);
} catch (InterruptedException e) {
}
}
};
exec.execute(run);
}
// must shutdown
exec.shutdown();
}
}

package com.sunjing.thread.test2;

import java.util.Date;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.ScheduledFuture;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
*
* @author Administrator
*许多长时间运行的应用有时候需要定时运行任务完成一些诸如统计、优化等工作，
*比如在电信行业中处理用户话单时，需要每隔1分钟处理话单；
*网站每天凌晨统计用户访问量、用户数；
*大型超时凌晨3点统计当天销售额、以及最热卖的商品；
*每周日进行数据库备份；
*公司每个月的10号计算工资并进行转帐等，这些都是定时任务。
*通过 java的并发库concurrent可以轻松的完成这些任务，而且非常的简单
*/

public class ExecutorScheduledServiceDemo2 {

@SuppressWarnings("unchecked")
public static void main(String[] args) {
final ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(2);
final Runnable beeper = new Runnable() {
int count = 0;
public void run() {
System.out.println(new Date() + "beep" + (++count));
}
};
// 1秒钟后运行，并每隔2秒运行一次
final ScheduledFuture beeperHandle = scheduler.scheduleAtFixedRate(beeper, 1, 2, TimeUnit.SECONDS);
// 2秒钟后运行，并每次在上次任务运行完后等待5秒后重新运行
final ScheduledFuture beeperHandle2 = scheduler.scheduleWithFixedDelay(beeper, 2, 5, TimeUnit.SECONDS);
// // 30秒后结束关闭任务，并且关闭Scheduler
scheduler.schedule(new Runnable() {
public void run() {
beeperHandle.cancel(true);
beeperHandle2.cancel(true);
scheduler.shutdown();
}
}, 30, TimeUnit.SECONDS);
}

}

package com.sunjing.thread.test2;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
* @author Administrator
*在实际应用中，有时候需要多个线程同时工作以完成同一件事情，而且在完成过程中，
*往往会等待其他线程都完成某一阶段后再执行，等所有线程都到达某一个阶段后再统一执行
*
*比如有几个旅行团需要途经深圳、广州、韶关、长沙最后到达武汉。旅行团中有自驾游的，
*有徒步的，有乘坐旅游大巴的；这些旅行团同时出发，
*并且每到一个目的地，都要等待其他旅行团到达此地后再同时出发，直到都到达终点站武汉
*
*这时候CyclicBarrier就可以派上用场。CyclicBarrier最重要的属性就是参与者个数，
*另外最要方法是await()。当所有线程都调用了await()后，就表示这些线程都可以继续执行，否则就会等待
*/
public class CyclicBarrierDemo3 {

// 徒步需要的时间: Shenzhen, Guangzhou, Shaoguan, Changsha, Wuhan
private static int[] timeWalk = { 5, 8, 15, 15, 10 };
// 自驾游
private static int[] timeSelf = { 1, 3, 4, 4, 5 };
// 旅游大巴
private static int[] timeBus = { 2, 4, 6, 6, 7 };

static String now() {
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
return sdf.format(new Date()) + ": ";
}

static class Tour implements Runnable {
private int[] times;
private CyclicBarrier barrier;
private String tourName;

public Tour(CyclicBarrier barrier, String tourName, int[] times) {
this.times = times;
this.tourName = tourName;
this.barrier = barrier;
}

public void run() {
try {
Thread.sleep(times[0] * 1000);
System.out.println(now() + tourName + " Reached Shenzhen");
barrier.await();
Thread.sleep(times[1] * 1000);
System.out.println(now() + tourName + " Reached Guangzhou");
barrier.await();
Thread.sleep(times[2] * 1000);
System.out.println(now() + tourName + " Reached Shaoguan");
barrier.await();
Thread.sleep(times[3] * 1000);
System.out.println(now() + tourName + " Reached Changsha");
barrier.await();
Thread.sleep(times[4] * 1000);
System.out.println(now() + tourName + " Reached Wuhan");
barrier.await();
} catch(Exception e) {
}
}
}

/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
// 三个旅行团
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);
ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(3);
exec.submit(new Tour(barrier, "WalkTour", timeWalk));
exec.submit(new Tour(barrier, "SelfTour", timeSelf));
exec.submit(new Tour(barrier, "BusTour", timeBus));

exec.shutdown();
}
}

package com.sunjing.thread.test2;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
* CountDownLatch是一个倒数计数的锁，当倒数到0时触发事件，也就是开锁，其他人就可以进入了。
* 在一些应用场合中，需要等待某个条件达到要求后才能做后面的事情；
* 同时当线程都完成后也会触发事件，以便进行后面的操作
*
* CountDownLatch最重要的方法是countDown()和await()，
* 前者主要是倒数一次，后者是等待倒数到0，如果没有到达 0，就只有阻塞等待了
*
* 一个CountDouwnLatch实例是不能重复使用的，也就是说它是一次性的，锁一经被打开就不能再关闭使用了
*
* 模拟了100米赛跑，10名选手已经准备就绪，只等裁判一声令下。当所有人都到达终点时，比赛结束
* @author Administrator
*
*/
public class CountDownLatchDemo4 {

/**
* @param args
* @throws InterruptedException
*/
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// TODO Auto-generated method stub
// 开始的倒数锁
final CountDownLatch begin = new CountDownLatch(2);
// 结束的倒数锁
final CountDownLatch end = new CountDownLatch(10);
// 十名选手
final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int index = 0; index < 10; index++) {
final int NO = index + 1;
Runnable run = new Runnable() {
public void run() {
try {
begin.await();
Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
System.out.println("No." + NO + " arrived");
} catch (InterruptedException e) {
} finally {
end.countDown();
}
}
};
exec.submit(run);
}
System.out.println("Game Start Ready" );
begin.countDown();
System.out.println("Game start");
begin.countDown();

end.await();
System.out.println("Game Over");
exec.shutdown();

}

}

package com.sunjing.thread.test2;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

/**
* 有时候在实际应用中，某些操作很耗时，但又不是不可或缺的步骤。比如用网页浏览器浏览新闻时，
* 最重要的是要显示文字内容，至于与新闻相匹配的图片就没有那么重要的，所以此时首先保证文字信息先显示，
* 而图片信息会后显示，但又不能不显示，由于下载图片是一个耗时的操作，所以必须一开始就得下载
*
* Java的并发库的Future类就可以满足这个要求。
* Future的重要方法包括get()和cancel()，get()获取数据对象，
* 如果数据没有加载，就会阻塞直到取到数据，而 cancel()是取消数据加载。
* 另外一个get(timeout)操作，表示如果在timeout时间内没有取到就失败返回，而不再阻塞。
*
*一个非常耗时的操作必须一开始启动，但又不能一直等待；其他重要的事情又必须做，等完成后，就可以做不重要的事情
* @author Administrator
*
*/
public class FutureDemo5 {

/**
* @param args
* @throws InterruptedException
* @throws ExecutionException
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
// TODO Auto-generated method stub
final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(5);
Callable call = new Callable() {
public String call() throws Exception {
Thread.sleep(1000 * 5);
return "Other less important but longtime things.";
}
};
Future task = exec.submit(call);
// 重要的事情
Thread.sleep(1000 * 3);
System.out.println("Let’s do important things.");
// 其他不重要的事情
String obj = (String) task.get();
System.out.println(obj);
// 关闭线程池
exec.shutdown();
}

}

package com.sunjing.thread.test2;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;

/**
* 操作系统的信号量是个很重要的概念，在进程控制方面都有应用。Java并发库的Semaphore可以很轻松完成信号量控制，
* Semaphore 可以控制某个资源可被同时访问的个数，acquire()获取一个许可，
* 如果没有就等待，而release()释放一个许可
* @author Administrator
*
*/
public class SemaphoreDemo7 {

/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
// 只能5个线程同时访问
final Semaphore semp = new Semaphore(5);
// 模拟20个客户端访问
for (int index = 0; index < 20; index++) {
final int NO = index;
Runnable run = new Runnable() {
public void run() {
try {
// 获取许可
semp.acquire();
System.out.println("Accessing: " + NO);
Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
// 访问完后，释放
semp.release();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
};
exec.execute(run);
}
// 退出线程池
exec.shutdown();

}

}