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Executor/ExecutorService和ExecutorCompletionService

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上篇文章讲到了Callable和Futre,这篇文章接着来说说执行器相关的接口和类。在JavaSE5之后,在API的java.util.concurrent包中给出了Executor这样一个接口。因为在Java7之前,JDK中这个接口最终都是以一个线程池ThreadPool的方式实现的,所以很多人也直接叫“线程池”。除了ThreadPool之外,还有ForkJoinPool实现,本文中,我们不妨直接翻译Executor为执行器。

Executor本身只是个接口,但和这个概念相关有很多类:包括Executor本身、ExecutorService、AbstractExecutorService、提供诸多静态方法的工具类Executors和相关的ExecutorCompletionService类,下面会对这些接口和类一一整理。除此之外,还有刚刚提到的ThreadPoolExecutor和ForkJoinPool,这两个类后面我们再说。

0. 综述和类层次结构

JavaSE5之后的任务执行器Executor实际上取代了Java并发开发中直接使用Thread对象的操作,以Command Pattern(命令模式)的设计模式实现,成为Java并发开发的主角。

Executor是最为抽象的接口,ExecutorService继而扩展了Executor, AbstractExecutorService 则给出了抽象的实现。

1. Executor

先看java.util.concurrent.Executor这个接口:

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  1. public interface Executor {  
  2.     void execute(Runnable command);  
  3. }  

同Runnable和Callable一样简洁,只有一个方法。注意execute()这个方法只允许有一个Runnable参数,也就意味着想用前文中的Callable,需要做适配工作。

2. ExecutorService

java.util.concurrent.ExecutorService也是一个接口,扩展了Executor,提供了更为丰富的方法。

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  1. public interface ExecutorService extendsExecutor {  
  2.     void shutdown();  
  3.     List shutdownNow();  
  4.     booleanisShutdown();  
  5.     boolean isTerminated();  
  6.     boolean awaitTermination(longtimeout, TimeUnit unit)  
  7.         throwsInterruptedException;  
  8.      Future submit(Callable task);  
  9.      Future submit(Runnable task, T result);  
  10.     Future<?> submit(Runnable task);  
  11.      List<Future> invokeAll(Collection<? extendsCallable> tasks)  
  12.         throwsInterruptedException;  
  13.      List<Future> invokeAll(Collection<? extendsCallable> tasks,  
  14.                                   longtimeout, TimeUnit unit)  
  15.         throwsInterruptedException;  
  16.      T invokeAny(Collection<? extendsCallable> tasks)  
  17.         throwsInterruptedException, ExecutionException;  
  18.      T invokeAny(Collection<? extendsCallable> tasks,  
  19.                     longtimeout, TimeUnit unit)  
  20.         throwsInterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;  
  21. }  

一共12个方法,其中一部分是和执行器生命周期相关的方法,而另一部分则是以各种方式提交要执行的任务的方法。像submit()就是提交任务的一个方法,在实现中做了适配的工作,无论参数是Runnable还是Callable,执行器都会正确执行。当然,这实际上用到的是前文提过的RunnableFuture的实现类FutureTask。

3. AbstractExecutorService

java.util.concurrent.AbstractExecutorService这个类是ExecutorService的一个抽象实现。其中,提交任务的各类方法已经给出了十分完整的实现。之所以抽象,是因为和执行器本身生命周期相关的方法,在此类中并未给出任何实现,需要子类扩展完善。

4. Executors
这个类同Arrays和Collections很类似,java.util.concurrent.Executors是个工具类,提供了很多静态的工具方法。其中很多对于执行器来说就是初始化构建用的工厂方法。其中部分方法名整理成如下列表:

  • 重载实现的newFixedThreadPool()
  • 重载实现的newSingleThreadExecutor()
  • 重载实现的newCachedThreadPool()
  • 重载实现的newSingleThreadScheduledExecutor()
  • 重载实现的newScheduledThreadPool()

这些方法返回的ExecutorService对象最终都是由ThreadPoolExecutor实现的,根据不同的需求以不同的参数配置,或经过其它类包装。其中,Executors中的一些内部类就是用来做包装用的。

Executors还提供了这样两个静态重载的方法:

 

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  1. publicstatic ExecutorService unconfigurableExecutorService(ExecutorService executor);  
  2. publicstatic ScheduledExecutorService unconfigurableScheduledExecutorService(ScheduledExecutorService executor);  

 

这两个方法对参数中的executor做了包装,保证了Executor在初始化构造后不再可配置。

此外,Executors类中还有静态的defaultThreadFactory()方法,免去了自己构造ThreadFactory或是需要线程时对Thread类的new操作。

关于更多Executors类中工具方法的使用,还是建议去看API JavaDoc和JDK源码。

5. ExecutorCompletionService

前一篇文章提过了CompletionService这个接口,和执行器相关的,java.util.concurrent中提供了这个接口的一个实现,就是ExecutorCompletionService。

这个实现类主要做的就是将执行完成的任务结果放到阻塞队列中,这样等待结果的线程,如执行take()方法会得到结果并恢复执行。

ExecutorCompletionService有3个属性:

  • AbstractExecutorService类的对象aes
  • Executor类的对象executor
  • BlockingQueue<Future<V>>的completionQueue

通常,如果executor是AbstractExecutorService的一个实现,则将其赋值给aes属性,否则赋值为null。

在这个类中,executor负责执行任务,而aes则负责做适配处理,返回包装好任务的FutureTask对象。

这里面有一个对于实现功能很重要的内部类QueueingFuture,实现如下:

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  1. private class QueueingFuture extendsFutureTask {  
  2.     QueueingFuture(RunnableFuture task) {  
  3.         super(task,null);  
  4.         this.task = task;  
  5.     }  
  6.     protectedvoid done() { completionQueue.add(task); }  
  7.     privatefinal Future task;  
  8. }  

主要是扩展了FutureTask的done方法,将执行结果放入BlockingQueue中。 

Executor/ExecutorService和ExecutorCompletionService

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