J.U.C.线程池 - 框架

Java里面线程池的顶级接口是Executor,但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池,而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。

下面这张图完整描述了线程池的类体系结构。

接口详解

Executor

execute方法只是执行一个Runnable的任务,当然了从某种角度上将最后的实现类也是在线程中启动此任务的。根据线程池的执行策略最后这个任务可能在新的线程中执行,或者线程池中的某个线程,甚至是调用者线程中执行(相当于直接运行Runnable的run方法)。这点在后面会详细说明。

ExecutorService

ExecutorService在Executor的基础上增加了一些方法,其中有两个核心的方法:

  • Future<?> submit(Runnable task)
  • Future submit(Callable task)
    这两个方法都是向线程池中提交任务,它们的区别在于Runnable在执行完毕后没有结果,Callable执行完毕后有一个结果。这在多个线程中传递状态和结果是非常有用的。另外他们的相同点在于都返回一个Future对象。Future对象可以阻塞线程直到运行完毕(获取结果,如果有的话),也可以取消任务执行,当然也能够检测任务是否被取消或者是否执行完毕。

在没有Future之前我们检测一个线程是否执行完毕通常使用Thread.join()或者用一个死循环加状态位来描述线程执行完毕。现在有了更好的方法能够阻塞线程,检测任务执行完毕甚至取消执行中或者未开始执行的任务。

ScheduledExecutorService

和Timer/TimerTask类似,解决那些需要任务重复执行的问题。这包括延迟时间一次性执行、延迟时间周期性执行以及固定延迟时间周期性执行等。当然了继承ExecutorService的ScheduledExecutorService拥有ExecutorService的全部特性。

ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor是ExecutorService的默认实现,其中的配置、策略也是比较复杂的。

ScheduledThreadPoolExecutor

继承ThreadPoolExecutor并实现接口ScheduledExecutorService,周期性任务调度的类实现。

这里需要稍微提一下的是CompletionService接口,它是用于描述顺序获取执行结果的一个线程池包装器。它依赖一个具体的线程池调度,但是能够根据任务的执行先后顺序得到执行结果,这在某些情况下可能提高并发效率。

Executors

Executors是个静态工厂类。它通过静态工厂方法返回ExecutorService、ScheduledExecutorService、ThreadFactory和Callable等类的对象。

newSingleThreadExecutor:创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作,也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束,那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。
newFixedThreadPool:创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程,直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变,如果某个线程因为执行异常而结束,那么线程池会补充一个新线程。
newCachedThreadPool:创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程,那么就会回收部分空闲(60秒不执行任务)的线程,当任务数增加时,此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制,线程池大小完全依赖于操作系统(或者说JVM)能够创建的最大线程大小。
newScheduledThreadPool:创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。
newSingleThreadScheduledExecutor:创建一个单线程的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

线程池生命周期

线程池的四种状态

  1. RUNNING
  • 状态说明:线程池处在RUNNING状态时,能够接收新任务,以及对已添加的任务进行处理。
  • 状态切换:线程池的初始化状态是RUNNING。换句话说,线程池被一旦被创建,就处于RUNNING状态!
    道理很简单,在ctl的初始化代码中(如下),就将它初始化为RUNNING状态,并且”任务数量”初始化为0。
  1. SHUTDOWN
  • 状态说明:线程池处在SHUTDOWN状态时,不接收新任务,但能处理已添加的任务。
  • 状态切换:调用线程池的shutdown()接口时,线程池由RUNNING -> SHUTDOWN。
  1. STOP
  • 状态说明:线程池处在STOP状态时,不接收新任务,不处理已添加的任务,并且会中断正在处理的任务。
  • 状态切换:调用线程池的shutdownNow()接口时,线程池由(RUNNING or SHUTDOWN ) -> STOP。
  1. TIDYING
  • 状态说明:当所有的任务已终止,ctl记录的”任务数量”为0,线程池会变为TIDYING状态。当线程池变为TIDYING状态时,会执行钩子函数terminated()。terminated()在ThreadPoolExecutor类中是空的,若用户想在线程池变为TIDYING时,进行相应的处理;可以通过重载terminated()函数来实现。
  • 状态切换:当线程池在SHUTDOWN状态下,阻塞队列为空并且线程池中执行的任务也为空时,就会由SHUTDOWN -> TIDYING。
    当线程池在STOP状态下,线程池中执行的任务为空时,就会由STOP -> TIDYING。
  1. TERMINATED
  • 状态说明:线程池彻底终止,就变成TERMINATED状态。
  • 状态切换:线程池处在TIDYING状态时,执行完terminated()之后,就会由TIDYING -> TERMINATED。

线程池的API

  1. 平缓关闭线程池使用shutdown()
  2. 立即关闭线程池使用shutdownNow(),同时得到未执行的任务列表
  3. 检测线程池是否正处于关闭中,使用isShutdown()
  4. 检测线程池是否已经关闭使用isTerminated()
  5. 定时或者永久等待线程池关闭结束使用awaitTermination()操作