大多數(shù)并發(fā)都是通過任務(wù)執(zhí)行的方式來實(shí)現(xiàn)的。
一般有兩種方式執(zhí)行任務(wù)：串行和并行。
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class SingleThreadWebServer { public static void main(String[] args) throws Exception { ServerSocket socket = new ServerSocket(80); while(true) { Socket conn = socket.accept(); handleRequest(conn); } }}class ThreadPerTaskWebServer { public static void main(String[] args) throws Exception { ServerSocket socket = new ServerSocket(80); while(true) { final Socket conn = socket.accept(); Runnable task = new Runnable() { public void run() { handleRequest(conn); } }; new Thread(task).start(); } }} |
當(dāng)然上面的這兩種方式都是有問題的。單線程的問題就是并發(fā)量會是瓶頸，多線程版本就是無限制的創(chuàng)建線程會導(dǎo)致資源不足問題。
Executor 框架
任務(wù)是一組邏輯工作單元，而線程是使任務(wù)異步執(zhí)行的機(jī)制。
JDK 提供了 Executor 接口：
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public interface Executor { void execute(Runnable command);} |
雖然 Executor 接口比較簡單，但是卻是異步任務(wù)執(zhí)行框架的基礎(chǔ)，該框架能支持多種不同類型的任務(wù)執(zhí)行策略。它提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的方式把任務(wù)的提交過程與執(zhí)行過程進(jìn)行了解耦。用 Runnable 來代表任務(wù)。Executor 的實(shí)現(xiàn)提供了對生命周期的支持以及統(tǒng)計(jì)信息應(yīng)用程序管理等機(jī)制。
Executor 是基于生產(chǎn)者消費(fèi)者模式的，提交任務(wù)的操作相當(dāng)于生產(chǎn)者，執(zhí)行任務(wù)的線程相當(dāng)于消費(fèi)。
基于 Executor 的 WebServer 例子如下：
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public class TaskExecutorWebServer { private static final int NTHREADS = 100; private static final Executor exec = Executors.newFixedThreadPool(NTHREADS); public static void main(String[] args) throws Exception { ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(80); while (true) { final Socket conn = serverSocket.accept(); Runnable task = new Runnable() { @Override public void run() { handleRequest(conn); } }; exec.execute(task); } }} |
另外可以自己實(shí)現(xiàn) Executor 來控制是并發(fā)還是并行的，如下面代碼：
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/** * 執(zhí)行已提交的 Runnable 任務(wù)的對象。 * 此接口提供一種將任務(wù)提交與每個(gè)任務(wù)將如何運(yùn)行的機(jī)制（包括線程使用的細(xì)節(jié)、調(diào)度等）分離開來的方法。 * 通常使用 Executor 而不是顯式地創(chuàng)建線程。 * * * @author renchunxiao * */public class ExecutorDemo { public static void main(String[] args) { Executor executor = new ThreadExecutor(); executor.execute(new Runnable() { @Override public void run() { // do something } }); Executor executor2 = new SerialExecutor(); executor2.execute(new Runnable() { @Override public void run() { // do something } }); }}/** * 創(chuàng)建一個(gè)線程來執(zhí)行 command * * @author renchunxiao * */class ThreadExecutor implements Executor { @Override public void execute(Runnable command) { new Thread(command).start(); }}/** * 串行執(zhí)行 command * * @author renchunxiao * */class SerialExecutor implements Executor { @Override public void execute(Runnable command) { command.run(); }} |
線程池
線程池就是線程的資源池，可以通過 Executors 中的靜態(tài)工廠方法來創(chuàng)建線程池。
- newFixedThreadPool。創(chuàng)建固定長度的線程池，每次提交任務(wù)創(chuàng)建一個(gè)線程，直到達(dá)到線程池的最大數(shù)量，線程池的大小不再變化。
- newSingleThreadExecutor。單個(gè)線程池。
- newCachedThreadPool。根據(jù)任務(wù)規(guī)模變動的線程池。
- newScheduledThreadPool。創(chuàng)建固定長度的線程池，以延遲或定時(shí)的方式來執(zhí)行任務(wù)。
JVM 只有在所有非守護(hù)線程全部終止后才會退出，所以，如果無法正確的關(guān)閉 Executor，那么 JVM 就無法結(jié)束。
為了解決執(zhí)行服務(wù)的生命周期問題，有個(gè)擴(kuò)展 Executor 接口的新接口 ExecutorService。
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public interface ExecutorService extends Executor { void shutdown(); List<Runnable> shutdownNow(); boolean isShutdown(); boolean isTerminated(); boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException; <T> Future<T> submit(Callable<T> task); <T> Future<T> submit(Runnable task, T result); Future<?> submit(Runnable task); <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException; <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException; <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException, ExecutionException; <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;} |
ExecutorService 生命周期有三種狀態(tài)：運(yùn)行、關(guān)閉、已終止。ExecutorService 在初始創(chuàng)建時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)。shutdown 方法會平緩關(guān)閉：不在接受新的任務(wù)，并且等待已經(jīng)執(zhí)行的任務(wù)執(zhí)行完成(包括那些還未開始的任務(wù))。shutdownNow 方法將粗暴關(guān)閉：它將嘗試取消所有運(yùn)行中的任務(wù)，并且不再啟動隊(duì)列中尚未開始的任務(wù)。所有任務(wù)都執(zhí)行完成后進(jìn)入到已終止?fàn)顟B(tài)。
Callable 和 Future
Executor 框架使用 Runnable 作為基本的任務(wù)表示形式。Runnable 是一種有局限性的抽象，它的 run 方法不能返回值和拋出一個(gè)受檢查異常。
許多任務(wù)實(shí)際上是存在延時(shí)的計(jì)算，例如數(shù)據(jù)庫查詢，從網(wǎng)絡(luò)獲取資源。對于這些任務(wù)，Callable 是更好的抽象，它認(rèn)為 call 將返回一個(gè)值，并且可能拋出異常。
Executor 執(zhí)行的任務(wù)有四個(gè)生命周期階段:創(chuàng)建、提交、開始和完成。由于有些任務(wù)需要很長時(shí)間有可能希望取消，在 Executor 框架當(dāng)中，已提交未開始的任務(wù)可以取消。
Future 表示一個(gè)任務(wù)的生命周期，并且提供了相應(yīng)的方法來判斷是否已經(jīng)完成或取消，以及獲取任務(wù)的結(jié)果和取消任務(wù)等。
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