java并发与线程池应用

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,Executor的实现还提供了对生命周期的支持，以及统计信息收集，应用程序管理机制和性能监视等机制。Executor基于生产者---消费者模式，提交任务的操作相当于生产者，执行任务的线程相当于消费者。如果要使用Executor,必须将任务表述为一个Runnable.
(1) public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
创建固定数目线程的线程池。当线程池中处于活跃状态的线程达到这个固定的数目时,新进来的线程将会被阻塞，直到出现新的空闲线程。这个方法一般用来控制服务器中最多出现的线程数量。
(2) 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。
(3)public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
创建一个单线程化的Executor。这个线程池中只有一个线程可用，如果里面有正在执行的线程,新放进来的线程就会被阻塞，直到线程池中有一个闲置的线程出现。
(4)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。因为Timer的优点在于简单易用，但由于所有任务都是由同一个线程来调度,因此所有任务都是串行执行的，同一时间只能有一个任务在执行，前一个任务的延迟或异常都将会影响到之后的任务。
ScheduledExecutorService扩展了ExecutorService接口,提供时间排程的功能:
a)schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit)
b)scheduleAtFixedRate(Runnable command,long initalDelay,long period)
创建并执行一个在给定初始延迟后首次启用的定期操作，后续操作具有给定的周期后，也就是将initialDelay 后开始执行，然后在initialDelay+period 后执行，接着在 initialDelay + 2 * period 后执行，依此类推。
c)scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay,TimeUnit unit)
创建并执行一个在给定初始延迟后首次启用的定期操作，随后，在每一次执行终止和下一次执行开始之间都存在给定的延迟。这个间隔会加上command任务执行的时间，它是相对于command的时间的。
//创建固定数目的线程池
Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
Runnable task = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("task over");
}
};
executor.execute(task);

//创建周期执行的线程池
executor = Executors.newScheduledThreadPool(10);

ScheduledExecutorService scheduler = (ScheduledExecutorService) executor;

//提交后，延迟10秒再执行task,然后每隔10执行一次task
scheduler.scheduleAtFixedRate(task, 10, 10, TimeUnit.SECONDS);

//提交后，延迟10秒再执行task,等这个task执行完之后再隔10执行task.
scheduler. scheduleWithFixedDelay(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。

<a href="http://zhannei.baidu.com/cse/search?s=11662572977038519898&entry=1&q=Callable" class="bdcs-inlinelink" target="_blank">Callable</a><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。

package executorservice;
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>>();

// <a href="http://zhannei.baidu.com/cse/search?s=11662572977038519898&entry=1&q=%E5%86%85%E9%83%A8%E7%B1%BB" class="bdcs-inlinelink" target="_blank">内部类</a>
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<a href="http://zhannei.baidu.com/cse/search?s=11662572977038519898&entry=1&q=%E6%8B%86%E5%88%86%E4%BB%BB%E5%8A%A1" class="bdcs-inlinelink" target="_blank">拆分任务</a>，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
*
* @return
*/
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();
}
}
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：

public class ConcurrentCalculator2 {

private ExecutorService exec;
private CompletionService<Long> completionService;

private int cpuCoreNumber;

// 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 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
*
* @return
*/
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();
}
}

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