Java并發程式設計(08)：Executor線程池架構

一、Executor架構簡介

1、基礎簡介

Executor系統中，将線程任務送出和任務執行進行了解耦的設計，Executor有各種功能強大的實作類，提供便捷方式來送出任務并且擷取任務執行結果，封裝了任務執行的過程，不再需要Thread().start()方式，顯式建立線程并關聯執行任務。

2、排程模型

線程被一對一映射為服務所在作業系統線程，啟動時會建立一個作業系統線程；當該線程終止時，這個作業系統線程也會被回收。

3、核心API結構

Executor架構包含的核心接口和主要的實作類如下圖所示：

線程池任務：核心接口：Runnable、Callable接口和接口實作類；

任務的結果：接口Future和實作類FutureTask；

任務的執行：核心接口Executor和ExecutorService接口。在Executor架構中有兩個核心類實作了ExecutorService接口，ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor。

二、用法案例

1、API基礎

ThreadPoolExecutor基礎構造

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {}           

2、初始化方法

ExecutorService ：Executors.newFixedThreadPool();
ExecutorService ：Executors.newSingleThreadExecutor();
ExecutorService ：Executors.newCachedThreadPool();

ThreadPoolExecutor ：new ThreadPoolExecutor() ;           

通常情況下，線程池不允許使用Executors去建立，而是通過ThreadPoolExecutor的方式，這樣的處理方式更加明确線程池的運作規則，規避資源耗盡的風險。

3、基礎案例

package com.multy.thread.block08executor;
import java.util.concurrent.*;

public class Executor01 {
    // 定義線程池
    private static ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                    3,10,5000,TimeUnit.SECONDS,
                    new SynchronousQueue<>(),Executors.defaultThreadFactory(),new ExeHandler());
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0 ; i < 100 ; i++){
            poolExecutor.execute(new PoolTask(i));
            //帶傳回值：poolExecutor.submit(new PoolTask(i));
        }
    }
}
// 定義線程池任務
class PoolTask implements Runnable {

    private int numParam;

    public PoolTask (int numParam) {
        this.numParam = numParam;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            System.out.println("PoolTask "+ numParam+" begin...");
            Thread.sleep(5000);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public int getNumParam() {
        return numParam;
    }
    public void setNumParam(int numParam) {
        this.numParam = numParam;
    }
}
// 定義異常處理
class ExeHandler implements RejectedExecutionHandler {
    @Override
    public void rejectedExecution(Runnable runnable, ThreadPoolExecutor executor) {
        System.out.println("ExeHandler "+executor.getCorePoolSize());
        executor.shutdown();
    }
}           

流程分析

• 線程池中線程數小于corePoolSize時，新任務将建立一個新線程執行任務，不論此時線程池中存在空閑線程；
• 線程池中線程數達到corePoolSize時，新任務将被放入workQueue中，等待線程池中任務排程執行；
• 當workQueue已滿，且maximumPoolSize>corePoolSize時，新任務會建立新線程執行任務；
• 當workQueue已滿，且送出任務數超過maximumPoolSize，任務由RejectedExecutionHandler處理；
• 當線程池中線程數超過corePoolSize，且超過這部分的空閑時間達到keepAliveTime時，回收該線程；
• 如果設定allowCoreThreadTimeOut(true)時，線程池中corePoolSize範圍内的線程空閑時間達到keepAliveTime也将回收；

三、線程池應用

應用場景：批量賬戶和密碼的校驗任務，在實際的業務中算比較常見的，通過初始化線程池，把任務送出執行，最後拿到處理結果，這就是線程池使用的核心思想：節省資源提升效率。

public class Executor02 {

    public static void main(String[] args) {
        // 初始化校驗任務
        List<CheckTask> checkTaskList = new ArrayList<>() ;
        initList(checkTaskList);
        // 定義線程池
        ExecutorService executorService ;
        if (checkTaskList.size() < 10){
            executorService = Executors.newFixedThreadPool(checkTaskList.size());
        }else{
            executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        }
        // 批量處理
        List<Future<Boolean>> results = new ArrayList<>() ;
        try {
            results = executorService.invokeAll(checkTaskList);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        // 檢視結果
        for (Future<Boolean> result : results){
            try {
                System.out.println(result.get());
                // System.out.println(result.get(10000,TimeUnit.SECONDS));
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace() ;
            }
        }
        // 關閉線程池
        executorService.shutdownNow();
    }

    private static void initList (List<CheckTask> checkTaskList){
        checkTaskList.add(new CheckTask("root","123")) ;
        checkTaskList.add(new CheckTask("root1","1234")) ;
        checkTaskList.add(new CheckTask("root2","1235")) ;
    }
}
// 校驗任務
class CheckTask implements Callable<Boolean> {
    private String userName ;
    private String passWord ;
    public CheckTask(String userName, String passWord) {
        this.userName = userName;
        this.passWord = passWord;
    }
    @Override
    public Boolean call() throws Exception {
        // 校驗賬戶+密碼
        if (userName.equals("root") && passWord.equals("123")){
            return Boolean.TRUE ;
        }
        return Boolean.FALSE ;
    }
}           

線程池主要用來解決線程生命周期開銷問題和資源不足問題，通過線程池對多個任務線程重複使用，線程建立也被分攤到多個任務上，多數任務送出就有空閑的線程可以使用，是以消除線程頻繁建立帶來的開銷。

四、源代碼位址

GitHub·位址
https://github.com/cicadasmile/java-base-parent
GitEE·位址
https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent