Java线程池ExecutorService学习和使用

一、概述

Java中的 ExecutorService是一个用于管理和控制线程的接口，它是Java并发库的一部分。ExecutorService提供了比直接使用线程更强大的功能，使得线程管理更简单、灵活和高效。本文将详细介绍 ExecutorService的基本概念、常用方法、配置及其在实际应用中的使用。

二、基本概念

ExecutorService提供了一种将任务提交与任务执行分离的机制。通过使用 ExecutorService，可以创建一个线程池，将任务提交到线程池中执行，而不必手动管理线程的创建和销毁。

三、常用方法

ExecutorService接口提供了多种方法来管理线程和任务。以下是一些常用方法：

1. 提交任务：

   • submit(Runnable task): 提交一个Runnable任务，返回一个Future对象。
   • submit(Callable<T> task): 提交一个Callable任务，返回一个Future对象。

2. 关闭线程池：

   • shutdown(): 启动有序关闭，之前提交的任务会继续执行，但不会接受新任务。
   • shutdownNow(): 试图停止所有正在执行的任务，暂停等待任务，并返回等待执行任务的列表。

3. 获取线程池状态：

   • isShutdown(): 如果线程池已关闭，则返回true。
   • isTerminated(): 如果线程池已终止，则返回true。

4. 批量提交任务：

   • invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks): 执行给定的任务，当所有任务完成时，返回一个包含其状态和结果的Future列表。
   • invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks): 执行给定的任务，当一个任务成功完成（没有抛出异常）时，返回该任务的结果。

四、线程池的创建

Java并发库提供了一些工厂方法来创建不同类型的线程池：

1. 固定大小线程池：

   ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);

2. 单线程线程池：

   ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();

3. 可缓存线程池：

   ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

4. 定时线程池：

   ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);

五、使用示例

以下是一个使用 ExecutorService的示例，展示了如何提交任务和处理结果。

import java.util.concurrent.*;

public class ExecutorServiceExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);

        Runnable task1 = () -> {
            System.out.println("Executing Task1");
        };

        Callable<String> task2 = () -> {
            return "Task2 Completed";
        };

        executorService.submit(task1);
        Future<String> future = executorService.submit(task2);

        try {
            String result = future.get();
            System.out.println(result);
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        executorService.shutdown();
    }
}

六、线程池配置

配置线程池参数可以更好地控制其行为，以满足不同的应用需求。以下是一些常见配置：

1. 核心线程数和最大线程数：

   ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
       2,  // corePoolSize
       5,  // maximumPoolSize
       60, // keepAliveTime
       TimeUnit.SECONDS,
       new LinkedBlockingQueue<Runnable>()  // workQueue
   );

2. 自定义拒绝策略：

   ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
       2, 
       5, 
       60, 
       TimeUnit.SECONDS, 
       new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
       new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()  // 默认策略，抛出RejectedExecutionException
   );

3. 钩子函数：
   可以重写 ThreadPoolExecutor的 beforeExecute和 afterExecute方法来添加钩子函数，以便在任务执行前后进行额外操作。

七、实战示例

示例1：使用ScheduledExecutorService进行定时任务调度

import java.util.concurrent.*;

public class ScheduledExecutorServiceExample {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(2);

        Runnable task = () -> System.out.println("Executing Task at " + System.nanoTime());

        scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(task, 0, 2, TimeUnit.SECONDS);

        try {
            Thread.sleep(10000);  // 让调度执行一段时间
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        scheduledExecutorService.shutdown();
    }
}

示例2：使用线程池执行大量任务并等待其完成

import java.util.concurrent.*;

public class BulkTaskExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

        Callable<String> task = () -> {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            return Thread.currentThread().getName();
        };

        List<Future<String>> futures = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            futures.add(executorService.submit(task));
        }

        futures.forEach(future -> {
            try {
                System.out.println(future.get());
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        executorService.shutdown();
    }
}

思维导图

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           | 一、概述                    |
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           | 二、基本概念                 |
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           | 三、常用方法                 |
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           | 2. 关闭线程池               |
           | 3. 获取线程池状态           |
           | 4. 批量提交任务             |
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           | 1. 固定大小线程池           |
           | 2. 单线程线程池             |
           | 3. 可缓存线程池             |
           | 4. 定时线程池               |
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           | 六、线程池配置               |
           | 1. 核心线程数和最大线程数   |
           | 2. 自定义拒绝策略           |
           | 3. 钩子函数                 |
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           | 七、实战示例                 |
           | 示例1：定时任务调度          |
           | 示例2：执行大量任务并等待完成|
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总结

通过学习和使用Java中的 ExecutorService，可以显著提升并发编程的效率和代码的可维护性。合理配置线程池参数，结合实际应用场景，可以实现高效、可靠的并发处理。希望本文提供的示例和思路能够帮助开发者深入理解并应用 ExecutorService，实现更高效的并发程序。