java并发编程-Executor框架

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。

Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

       Runnable task = new Runnable() {

           public void run() {

              System.out.println("task over");

           }

       };

       executor.execute(task);

       executor = Executors.newScheduledThreadPool(10);

       ScheduledExecutorService scheduler = (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 。

 

ExecutorService executorService = (ExecutorService) executor;

       while (!executorService.isShutdown()) {

           try {

              executorService.execute(task);

           } catch (RejectedExecutionException ignored) {

             

           }

       }

       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。

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。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
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;
import java.util.concurrent.FutureTask;

public class ConcurrentCalculator {

	private ExecutorService exec;

	private int cpuCoreNumber;

	private List<Future<Long>> tasks = new ArrayList<Future<Long>>();

	// 内部类

	class SumCalculator implements Callable<Long> {

		private int[] numbers;

		private int start;

		private int end;

		public SumCalculator(final int[] numbers, int start, int end) {

			this.numbers = numbers;

			this.start = start;

			this.end = end;
		}

		public Long call() throws Exception {

			Long sum = 0l;

			for (int i = start; i < end; i++) {

				sum += numbers[i];
			}
			return sum;
		}
	}

	public ConcurrentCalculator() {

		cpuCoreNumber = Runtime.getRuntime().availableProcessors();

		exec = Executors.newFixedThreadPool(cpuCoreNumber);

	}

	public Long sum(final int[] numbers) {

		// 根据CPU核心个数拆分任务，创建FutureTask并提交到Executor

		for (int i = 0; i < cpuCoreNumber; i++) {

			int increment = numbers.length / cpuCoreNumber + 1;

			int start = increment * i;

			int end = increment * i + increment;

			if (end > numbers.length)

				end = numbers.length;

			SumCalculator subCalc = new SumCalculator(numbers, start, end);

			FutureTask<Long> task = new FutureTask<Long>(subCalc);

			tasks.add(task);

			if (!exec.isShutdown()) {

				exec.submit(task);
			}
		}

		return getResult();

	}

	/**
	 * 
	 * 迭代每个只任务，获得部分和，相加返回
	 */

	public Long getResult() {

		Long result = 0l;

		for (Future<Long> task : tasks) {

			try {

				// 如果计算未完成则阻塞

				Long subSum = task.get();

				result += subSum;

			} catch (InterruptedException e) {

				e.printStackTrace();

			} catch (ExecutionException e) {

				e.printStackTrace();
			}
		}

		return result;
	}

	public void close() {
		exec.shutdown();
	}
	
	public static void main(String args[]){
		int[] numbers = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11 };

		 ConcurrentCalculator calc = new ConcurrentCalculator();

		 Long sum = calc.sum(numbers);

		 System.out.println(sum);

		 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 ：

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.CompletionService;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorCompletionService;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ConcurrentCalculator2 {

	private ExecutorService exec;

	private CompletionService<Long> completionService;

	private int cpuCoreNumber;

	// 内部类

	class SumCalculator implements Callable<Long> {

		SumCalculator(int[] i, int x, int y) {// do something

		}

		public Long call() throws Exception {
			return null;
		}
	}

	public ConcurrentCalculator2() {

		cpuCoreNumber = Runtime.getRuntime().availableProcessors();

		exec = Executors.newFixedThreadPool(cpuCoreNumber);

		completionService = new ExecutorCompletionService<Long>(exec);

	}

	public Long sum(final int[] numbers) {

		// 根据CPU核心个数拆分任务，创建FutureTask并提交到Executor

		for (int i = 0; i < cpuCoreNumber; i++) {

			int increment = numbers.length / cpuCoreNumber + 1;

			int start = increment * i;

			int end = increment * i + increment;

			if (end > numbers.length)

				end = numbers.length;

			SumCalculator subCalc = new SumCalculator(numbers, start, end);

			if (!exec.isShutdown()) {

				completionService.submit(subCalc);

			}
		}
		return getResult();
	}

	/**
	 * 
	 * 迭代每个只任务，获得部分和，相加返回
	 */

	public Long getResult() {

		Long result = 0l;

		for (int i = 0; i < cpuCoreNumber; i++) {

			try {

				Long subSum = completionService.take().get();

				result += subSum;

			} catch (InterruptedException e) {

				e.printStackTrace();

			} catch (ExecutionException e) {

				e.printStackTrace();
			}
		}
		return result;
	}

	public void close() {
		exec.shutdown();
	}

}