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Java线程池Executor框架详解
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Java的线程既是工作单元,也是执行机制。从JDK 5开始,把工作单元与执行机制分离开来。工作单元包括Runnable和Callable,而执行机制由Executor框架提供。

Executor框架简介
在HotSpot VM的线程模型中,Java线程(java.lang.Thread)被一对一映射为本地操作系统线程。Java线程启动时会创建一个本地操作系统线程;当该Java线程终止时,这个操作系统线程也会被回收。操作系统会调度所有线程并将它们分配给可用的CPU。
在上层,Java多线程程序通常把应用分解为若干个任务,然后使用用户级的调度器(Executor框架)将这些任务映射为固定数量的线程;在底层,操作系统内核将这些线程映射到硬件处理器上。

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任务:包括被执行任务需要实现的接口:Runnable接口或Callable接口。
任务的执行:包括任务执行机制的核心接口Executor,以及继承自Executor的ExecutorService接口。Executor框架有两个关键类实现了ExecutorService接口(ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor)。
异步计算的结果:包括接口Future和实现Future接口的FutureTask类。

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ThreadPoolExecutor
1、FixedThreadPool:称为可重用固定线程数的线程池。下面是FixedThreadPool的源代码实
现。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

FixedThreadPool的corePoolSize和maximumPoolSize都被设置为创建FixedThreadPool时指定的参数nThreads。
当线程池中的线程数大于corePoolSize时,keepAliveTime为多余的空闲线程等待新任务的最长时间,超过这个时间后多余的线程将被终止。这里把keepAliveTime设置为0L,意味着多余的空闲线程会被立即终止。

FixedThreadPoo``l使用×××队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列(队列的容量为Integer.MAX_VALUE)。使用×××队列作为工作队列会对线程池带来如下影响。
1)当线程池中的线程数达到corePoolSize后,新任务将在×××队列中等待,因此线程池中的线程数不会超过corePoolSize。
2)由于1,使用×××队列时maximumPoolSize将是一个无效参数。
3)由于1和2,使用×××队列时keepAliveTime将是一个无效参数。
4)由于使用×××队列,运行中的FixedThreadPool(未执行方法shutdown()或shutdownNow())不会拒绝任务(不会调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution方法)。

2、SingleThreadExecutor:使用单个worker线程的Executor。下面是SingleThreadExecutor的源代码实现。

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
3、CachedThreadPool:是一个会根据需要创建新线程的线程池。下面是创建CachedThread-
Pool的源代码。

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
}
CachedThreadPool的corePoolSize被设置为0,即corePool为空;maximumPoolSize被设置为Integer.MAX_VALUE,即maximumPool是×××的。这里把keepAliveTime设置为60L,意味着CachedThreadPool中的空闲线程等待新任务的最长时间为60秒,空闲线程超过60秒后将会被终止。

CachedThreadPool使用没有容量的SynchronousQueue作为线程池的工作队列,但CachedThreadPool的maximumPool是×××的。这意味着,如果主线程提交任务的速度高于maximumPool中线程处理任务的速度时,CachedThreadPool会不断创建新线程。极端情况下,CachedThreadPool会因为创建过多线程而耗尽CPU和内存资源。

ScheduledThreadPoolExecutor
ScheduledThreadPoolExecutor继承自ThreadPoolExecutor。它主要用来在给定的延迟之后运行任务,或者定期执行任务。

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ScheduledThreadPoolExecutor会把待调度的任务(ScheduledFutureTask)放到一个DelayQueue中。
ScheduledFutureTask主要包含3个成员变量,如下:
long型成员变量time,表示这个任务将要被执行的具体时间。
long型成员变量sequenceNumber,表示这个任务被添加到ScheduledThreadPoolExecutor中
的序号。
long型成员变量period,表示任务执行的间隔周期。

DelayQueue封装了一个PriorityQueue,这个PriorityQueue会对队列中的ScheduledFutureTask进行排序。排序时,time小的排在前面(时间早的任务将被先执行)。如果两个ScheduledFutureTask的time相同,就比较sequenceNumber,sequenceNumber小的排在前面(也就是说,如果两个任务的执行时间相同,那么先提交的任务将被先执行)。

FutureTask
Future接口和实现Future接口的FutureTask类,代表异步计算的结果。FutureTask可以处于下面3种状态:
1)未启动。FutureTask.run()方法还没有被执行之前,FutureTask处于未启动状态。当创建一个FutureTask,且没有执行FutureTask.run()方法之前,这个FutureTask处于未启动状态。
2)已启动。FutureTask.run()方法被执行的过程中,FutureTask处于已启动状态。
3)已完成。FutureTask.run()方法执行完后正常结束,或被取消(FutureTask.cancel(…)),或执行FutureTask.run()方法时抛出异常而异常结束,FutureTask处于已完成状态。

当FutureTask处于未启动或已启动状态时,执行FutureTask.get()方法将导致调用线程阻塞;
当FutureTask处于已完成状态时,执行FutureTask.get()方法将导致调用线程立即返回结果或抛出异常。
当FutureTask处于未启动状态时,执行FutureTask.cancel()方法将导致此任务永远不会被执行;当FutureTask处于已启动状态时,执行FutureTask.cancel(true)方法将以中断执行此任务线程的方式来试图停止任务;当FutureTask处于已启动状态时,执行FutureTask.cancel(false)方法将不会对正在执行此任务的线程产生影响(让正在执行的任务运行完成);当FutureTask处于已完成状态时,执行FutureTask.cancel(…)方法将返回false。
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FutureTask的实现也是基于AbstractQueuedSynchronizer(AQS)。

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Sync是FutureTask的内部私有类,它继承自AQS。创建FutureTask时会创建内部私有的成员对象Sync,FutureTask所有的的公有方法都直接委托给了内部私有的Sync。

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