Java并发编程 - Executor，Executors，ExecutorService, CompletionServie,Future,Callable
一、Exectuor框架簡介?? ? ?
?Java從1.5版本開始，為簡化多線程并發編程，引入全新的并發編程包:java.util.concurrent及其并發編程框架（Executor框架）。?Executor框架是指java 5中引入的一系列并發庫中與executor相關的一些功能類，其中包括線程池，Executor，Executors，ExecutorService，CompletionService，Future，Callable等。他們的關系為? ?
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在Executor框架中，使用執行器(Exectuor)來管理Thread對象，從而簡化了并發編程。
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二、認識Exectuor（執行器）
1、并發編程的一種編程方式是把任務拆分為一系列的小任務，即Runnable，然后將這些任務提交給一個Executor執行，Executor.execute(Runnalbe)?。Executor在執行時使用其內部的線程池來完成操作。
? ? ? Executor的子接口有：ExecutorService,ScheduledExecutorService,已知實現類：AbstractExecutorService,ScheduledThreadPoolExecutor,ThreadPoolExecutor。
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2、Executor屬于public類型的接口。可以用于提交，管理或者執行Runnable任務。實現Executor接口的class還可以控制Runnable任務執行線程的具體細節。包括線程使用的細節、調度等。一般來說，Runnable任務開辟在新線程中的使用方法為：new Thread(new RunnableTask())).start()
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3、但在Executor中，可以使用Executor而不用顯示地創建線程。例如，可以使用以下方法創建線程，而不是像第2點中為一種任務中的每個任務都調用new Thread(...)的方法。
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Java代碼???
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4、但是，Executor接口并沒有嚴格地要求執行必須是異步/同步的，一切都相當自由。在最簡單的情況下，執行程序可以在調用者的線程中立即運行已提交的任務，
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Java代碼???更常見的是，任務在某個不是調用者線程的線程中執行的。如在另一個線程中啟動：
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Java代碼???
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?也可以在實現中用另一個Executor來序列化執行過程：
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Java代碼???
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?5、ThreadPoolExecutor類提供了一個可供可擴展的線程池實現。Executors類為Executor接口及其實現提供了便捷的工廠方法。
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6、 Executor中的方法execute。void execute(Runnable command)表示在未來的某個時間執行給定的命令。該命令可能在新的線程、已經入池的線程或者正在調用的線程中執行。
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三、Executors類： 主要用于提供線程池相關的操作
Executors類，提供了一系列工廠方法用于創建線程池，返回的線程池都實現了ExecutorService接口。
?1、public static ExecutorService newFiexedThreadPool(int Threads)?創建固定數目線程的線程池。
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2、public static ExecutorService newCachedThreadPool()：創建一個可緩存的線程池，調用execute 將重用以前構造的線程（如果線程可用）。如果沒有可用的線程，則創建一個新線程并添加到池中。終止并從緩存中移除那些已有 60 秒鐘未被使用的線程。
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3、public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()：創建一個單線程化的Executor。
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4、public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
創建一個支持定時及周期性的任務執行的線程池，多數情況下可用來替代Timer類。
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?四、ExecutorService與生命周期
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1、ExecutorService可以理解為程序員提供了一堆操作Executor的API
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2、ExecutorService擴展了Executor并添加了一些生命周期管理的方法。一個Executor的生命周期有三種狀態
運行、關閉和終止。
? ? ?Executor創建時處于運行狀態。當調用ExecutorService.shutdown()后，處于關閉狀態，isShutdown()方法返回true。這時，不應該再向Executor中添加任務，所有已添加的任務執行完畢后，Executor處于終止狀態，isTerminated()返回true。如果Executor處于關閉狀態，往Executor提交任務會拋出unchecked exception RejectedExecutionException。
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3、本質
? ? 接口ExecutorService 表述了異步執行的機制，并且可以讓任務在后臺執行。一個ExecutorService 實例因此特別像一個線程池。事實上，在 java.util.concurrent 包中的 ExecutorService 的實現就是一個線程池的實現。
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Java代碼???
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? ?該示例代碼首先使用 newFixedThreadPool() 工廠方法創建一個ExecutorService ，上述代碼創建了一個可以容納10個線程任務的線程池。其次，向 execute() 方法中傳遞一個異步的 Runnable 接口的實現，這樣做會讓 ExecutorService 中的某個線程執行這個Runnable 線程。
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4、任務的委托
下方展示了一個線程的把任務委托異步執行的ExecutorService的示意圖。
?一旦線程把任務委托給 ExecutorService，該線程就會繼續執行與運行任務無關的其它任務。
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5、ExecutorService 的實現
由于 ExecutorService 只是一個接口，ExecutorService 接口在 java.util.concurrent 包中有如下實現類：
- ThreadPoolExecutor
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ScheduledThreadPoolExecutor
6、ExecutorService 使用方法
這里有幾種不同的方式讓你將任務委托給一個ExecutorService：
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Java代碼???
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7、execute(Runnable)
方法 execute(Runnable) 接收一個java.lang.Runnable 對象作為參數，并且以異步的方式執行它。如下是一個使用 ExecutorService 執行 Runnable 的例子：
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Java代碼??使用這種方式沒有辦法獲取執行 Runnable 之后的結果，如果你希望獲取運行之后的返回值，就必須使用接收 Callable 參數的 execute() 方法。接下來會提到。
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8、submit(Runnable)
方法 submit(Runnable) 同樣接收一個Runnable 的實現作為參數，但是會返回一個Future 對象。這個Future 對象可以用于判斷 Runnable 是否結束執行。如下是一個ExecutorService 的 submit() 方法的例子：
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Java代碼???
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9、submit(Callable)
方法 submit(Callable) 和方法 submit(Runnable) 比較類似，但是區別則在于它們接收不同的參數類型。Callable 的實例與 Runnable 的實例很類似，但是 Callable 的 call() 方法可以返回一個結果。方法 Runnable.run() 則不能返回結果。
Callable 的返回值可以從方法 submit(Callable) 返回的 Future 對象中獲取。如下是一個 ExecutorService Callable 的樣例：
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Java代碼???上述樣例代碼會輸出如下結果：
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Java代碼???
10、inVokeAny()
方法 invokeAny() 接收一個包含 Callable 對象的集合作為參數。調用該方法不會返回 Future 對象，而是返回集合中某一個Callable 對象的結果，而且無法保證調用之后返回的結果是哪一個 Callable，只知道它是這些 Callable 中一個執行結束的 Callable 對象。如果一個任務運行完畢或者拋出異常，方法會取消其它的 Callable 的執行。
以下是一個樣例：
?以上樣例代碼會打印出在給定的集合中的某一個Callable 的返回結果。嘗試運行后發現每次結果都在改變。有時候返回結果是"Task 1"，有時候是"Task 2"，等等。
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11、invokeAll()
方法 invokeAll() 會調用存在于參數集合中的所有 Callable 對象，并且返回一個包含 Future 對象的集合，你可以通過這個返回的集合來管理每個 Callable 的執行結果。需要注意的是，任務有可能因為異常而導致運行結束，所以它可能并不是真的成功運行了。但是我們沒有辦法通過 Future 對象來了解到這個差異。
12、ExecutorService服務的關閉
? ? ? 當使用 ExecutorService 完畢之后，我們應該關閉它，這樣才能保證線程不會繼續保持運行狀態。?
? ? ? 舉例來說，如果你的程序通過 main() 方法啟動，并且主線程退出了你的程序，如果還有一個活動的 ExecutorService 存在于程序中，那么程序將會繼續保持運行狀態。存在于 ExecutorService 中的活動線程會阻止Java虛擬機關閉。?
? ? ? 為了關閉在 ExecutorService 中的線程，需要調用 shutdown() 方法。但ExecutorService 并不會馬上關閉，而是不再接收新的任務，一旦所有的線程結束執行當前任務，ExecutorServie 才會真的關閉。所有在調用 shutdown() 方法之前提交到 ExecutorService 的任務都會執行。?
? ? ?如果你希望立即關閉 ExecutorService，你可以調用 shutdownNow() 方法。這個方法會嘗試馬上關閉所有正在執行的任務，并且跳過所有已經提交但是還沒有運行的任務。但是對于正在執行的任務，是否能夠成功關閉它是無法保證的，有可能他們真的被關閉掉了，也有可能它會一直執行到任務結束。這是一個最好的嘗試。
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五、CompletionService
? ? ? ? 根據上面的介紹我們知道，現在在Java中使用多線程通常不會再使用Thread對象了。而是會用到java.util.concurrent包下的ExecutorService來初始化一個線程池供我們使用。使用ExecutorService類的時候，我們常維護一個list保存submit的callable task所返回的Future對象。然后在主線程中遍歷這個list并調用Future的get()方法取到Task的返回值。
? ? ? ?其實除了使用ExecutorService外，還可通過CompletionService包裝ExecutorService，然后調用其take()方法去取Future對象。
? ? ? ?CompletionService和ExecutorService的主要的區別在于submit的task不一定是按照加入自己維護的list順序完成的。
? ? ? ?ExecutorService中從list中遍歷的每個Future對象并不一定處于完成狀態，這時調用get()方法就會被阻塞住，如果系統是設計成每個線程完成后就能根據其結果繼續做后面的事，這樣對于處于list后面的但是先完成的線程就會增加了額外的等待時間。
? ? ? ?而CompletionService的實現是維護一個保存Future對象的BlockingQueue。只有當這個Future對象狀態是結束的時候，才會加入到這個Queue中，take()方法其實就是Producer-Consumer中的Consumer。它會從Queue中取出Future對象，如果Queue是空的，就會阻塞在那里，直到有完成的Future對象加入到Queue中。所以，先完成的必定先被取出。這樣就減少了不必要的等待時間。
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六、使用Callable，Future返回結果
? ? ? ?Future<V>代表一個異步執行的操作，通過get()方法可以獲得操作的結果，如果異步操作還沒有完成，則，get()會使當前線程阻塞。FutureTask<V>實現了Future<V>和Runable<V>。Callable代表一個有返回值的操作。
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? ? ? ?ExecutoreService提供了submit()方法，傳遞一個Callable，或Runnable，返回Future。如果Executor后臺線程池還沒有完成Callable的計算，則調用返回Future對象的get()方法，會阻塞直到計算完成。
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? ? ? ?Java5以后可以利用Future來跟蹤異步計算的結果。在此之前主線程要想獲得工作線程（異步計算線程）的結果是比較麻煩的事情，需要我們進行特殊的程序結構設計，比較繁瑣而且容易出錯。有了Future我們就可以設計出比較優雅的異步計算程序結構模型：根據分而治之的思想，我們可以把異步計算的線程按照職責分為3類：
? ? ? 1. 異步計算的發起線程（控制線程）：負責異步計算任務的分解和發起，把分解好的任務交給異步計算的work線程去執行，發起異步計算后，發起線程可以獲得Futrue的集合，從而可以跟蹤異步計算結果。
? ? ? 2. 異步計算work線程：負責具體的計算任務
? ? ? 3. 異步計算結果收集線程：從發起線程那里獲得Future的集合，并負責監控Future的狀態，根據Future的狀態來處理異步計算的結果。
本文轉自農夫山泉別墅博客園博客，原文鏈接：http://www.cnblogs.com/yaowen/p/6323689.html，如需轉載請自行聯系原作者
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Java并发编程 - Executor，Executors，ExecutorService, CompletionServie,Future,Callable的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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