Java多線程學習（八）線程池與Executor 框架

cheng10 發(fā)布于2019-08-15 18:03 / 2514人閱讀

摘要：一使用線程池的好處線程池提供了一種限制和管理資源包括執(zhí)行一個任務(wù)。每個線程池還維護一些基本統(tǒng)計信息，例如已完成任務(wù)的數(shù)量。通過重復利用已創(chuàng)建的線程降低線程創(chuàng)建和銷毀造成的消耗。使用無界隊列作為線程池的工作隊列會對線程池帶來的影響與相同。

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目錄：

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一使用線程池的好處

線程池提供了一種限制和管理資源（包括執(zhí)行一個任務(wù)）。每個線程池還維護一些基本統(tǒng)計信息，例如已完成任務(wù)的數(shù)量。
這里借用《Java并發(fā)編程的藝術(shù)》提到的來說一下使用線程池的好處：

降低資源消耗。通過重復利用已創(chuàng)建的線程降低線程創(chuàng)建和銷毀造成的消耗。

提高響應(yīng)速度。當任務(wù)到達時，任務(wù)可以不需要的等到線程創(chuàng)建就能立即執(zhí)行。

提高線程的可管理性。線程是稀缺資源，如果無限制的創(chuàng)建，不僅會消耗系統(tǒng)資源，還會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使用線程池可以進行統(tǒng)一的分配，調(diào)優(yōu)和監(jiān)控。

二 Executor 框架 2.1 簡介

Executor 框架是Java5之后引進的，在Java 5之后，通過 Executor 來啟動線程比使用 Thread 的 start 方法更好，除了更易管理，效率更好（用線程池實現(xiàn)，節(jié)約開銷）外，還有關(guān)鍵的一點：有助于避免 this 逃逸問題。

補充：this逃逸是指在構(gòu)造函數(shù)返回之前其他線程就持有該對象的引用. 調(diào)用尚未構(gòu)造完全的對象的方法可能引發(fā)令人疑惑的錯誤。

2.2 Executor 框架結(jié)構(gòu)(主要由三大部分組成) 1 任務(wù)。

執(zhí)行任務(wù)需要實現(xiàn)的Runnable接口或Callable接口。
Runnable接口或Callable接口實現(xiàn)類都可以被ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor執(zhí)行。

兩者的區(qū)別：

Runnable接口不會返回結(jié)果但是Callable接口可以返回結(jié)果。后面介紹Executors類的一些方法的時候會介紹到兩者的相互轉(zhuǎn)換。

2 任務(wù)的執(zhí)行

如下圖所示，包括任務(wù)執(zhí)行機制的核心接口Executor ，以及繼承自Executor 接口的ExecutorService接口。ScheduledThreadPoolExecutor和ThreadPoolExecutor這兩個關(guān)鍵類實現(xiàn)了ExecutorService接口。

注意： 通過查看ScheduledThreadPoolExecutor源代碼我們發(fā)現(xiàn)ScheduledThreadPoolExecutor實際上是繼承了ThreadPoolExecutor并實現(xiàn)了ScheduledExecutorService ，而ScheduledExecutorService又實現(xiàn)了ExecutorService，正如我們下面給出的類關(guān)系圖顯示的一樣。

ThreadPoolExecutor類描述:

//AbstractExecutorService實現(xiàn)了ExecutorService接口
public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService

ScheduledThreadPoolExecutor類描述:

//ScheduledExecutorService實現(xiàn)了ExecutorService接口
public class ScheduledThreadPoolExecutor
        extends ThreadPoolExecutor
        implements ScheduledExecutorService

3 異步計算的結(jié)果

Future接口以及Future接口的實現(xiàn)類FutureTask類。
當我們把Runnable接口或Callable接口的實現(xiàn)類提交（調(diào)用submit方法）給ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor時，會返回一個FutureTask對象。

我們以AbstractExecutorService接口中的一個submit方法為例子來看看源代碼：

    public Future submit(Runnable task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture ftask = newTaskFor(task, null);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }

上面方法調(diào)用的newTaskFor方法返回了一個FutureTask對象。

    protected  RunnableFuture newTaskFor(Runnable runnable, T value) {
        return new FutureTask(runnable, value);
    }

2.3 Executor 框架的使用示意圖

主線程首先要創(chuàng)建實現(xiàn)Runnable或者Callable接口的任務(wù)對象。
備注： 工具類Executors可以實現(xiàn)Runnable對象和Callable對象之間的相互轉(zhuǎn)換。（Executors.callable（Runnable task）或Executors.callable（Runnable task，Object resule））。

然后可以把創(chuàng)建完成的Runnable對象直接交給ExecutorService執(zhí)行（ExecutorService.execute（Runnable command））；或者也可以把Runnable對象或Callable對象提交給ExecutorService執(zhí)行（ExecutorService.submit（Runnable task）或ExecutorService.submit（Callable task））。

執(zhí)行execute()方法和submit()方法的區(qū)別是什么呢？ 
 1)execute()方法用于提交不需要返回值的任務(wù)，所以無法判斷任務(wù)是否被線程池執(zhí)行成功與否；
 2)submit()方法用于提交需要返回值的任務(wù)。線程池會返回一個future類型的對象，通過這個future對象可以判斷任務(wù)是否執(zhí)行成功，并且可以通過future的get()方法來獲取返回值，get()方法會阻塞當前線程直到任務(wù)完成，而使用get（long timeout，TimeUnit unit）方法則會阻塞當前線程一段時間后立即返回，這時候有可能任務(wù)沒有執(zhí)行完。

如果執(zhí)行ExecutorService.submit（…），ExecutorService將返回一個實現(xiàn)Future接口的對象（我們剛剛也提到過了執(zhí)行execute()方法和submit()方法的區(qū)別，到目前為止的JDK中，返回的是FutureTask對象）。由于FutureTask實現(xiàn)了Runnable，程序員也可以創(chuàng)建FutureTask，然后直接交給ExecutorService執(zhí)行。

最后，主線程可以執(zhí)行FutureTask.get()方法來等待任務(wù)執(zhí)行完成。主線程也可以執(zhí)行FutureTask.cancel（boolean mayInterruptIfRunning）來取消此任務(wù)的執(zhí)行。

三 ThreadPoolExecutor詳解

線程池實現(xiàn)類ThreadPoolExecutor是Executor 框架最核心的類，先來看一下這個類中比較重要的四個屬性

3.1 ThreadPoolExecutor類的四個比較重要的屬性

3.2 ThreadPoolExecutor類中提供的四個構(gòu)造方法

我們看最長的那個，其余三個都是在這個構(gòu)造方法的基礎(chǔ)上產(chǎn)生（給定某些默認參數(shù)的構(gòu)造方法）

    /**
     * 用給定的初始參數(shù)創(chuàng)建一個新的ThreadPoolExecutor。

     * @param keepAliveTime 當線程池中的線程數(shù)量大于corePoolSize的時候，如果這時沒有新的任務(wù)提交，
     *核心線程外的線程不會立即銷毀，而是會等待，直到等待的時間超過了keepAliveTime；
     * @param unit  keepAliveTime參數(shù)的時間單位
     * @param workQueue 等待隊列，當任務(wù)提交時，如果線程池中的線程數(shù)量大于等于corePoolSize的時候，把該任務(wù)封裝成一個Worker對象放入等待隊列；
     * 
     * @param threadFactory 執(zhí)行者創(chuàng)建新線程時使用的工廠
     * @param handler RejectedExecutionHandler類型的變量，表示線程池的飽和策略。
     * 如果阻塞隊列滿了并且沒有空閑的線程，這時如果繼續(xù)提交任務(wù)，就需要采取一種策略處理該任務(wù)。
     * 線程池提供了4種策略：
        1.AbortPolicy：直接拋出異常，這是默認策略；
        2.CallerRunsPolicy：用調(diào)用者所在的線程來執(zhí)行任務(wù)；
        3.DiscardOldestPolicy：丟棄阻塞隊列中靠最前的任務(wù)，并執(zhí)行當前任務(wù)；
        4.DiscardPolicy：直接丟棄任務(wù)；
     */
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }

3.3 如何創(chuàng)建ThreadPoolExecutor

方式一：通過構(gòu)造方法實現(xiàn)（官方API文檔并不推薦，所以建議使用第二種方式）

方式二：通過Executor 框架的工具類Executors來實現(xiàn)
我們可以創(chuàng)建三種類型的ThreadPoolExecutor：

FixedThreadPool

SingleThreadExecutor

CachedThreadPool

對應(yīng)Executors工具類中的方法如圖所示：

3.4 FixedThreadPool詳解

FixedThreadPool被稱為可重用固定線程數(shù)的線程池。通過Executors類中的相關(guān)源代碼來看一下相關(guān)實現(xiàn)：

   /**
     * 創(chuàng)建一個可重用固定數(shù)量線程的線程池
     *在任何時候至多有n個線程處于活動狀態(tài)
     *如果在所有線程處于活動狀態(tài)時提交其他任務(wù)，則它們將在隊列中等待，
     *直到線程可用。 如果任何線程在關(guān)閉之前的執(zhí)行期間由于失敗而終止，
     *如果需要執(zhí)行后續(xù)任務(wù)，則一個新的線程將取代它。池中的線程將一直存在
     *知道調(diào)用shutdown方法
     * @param nThreads 線程池中的線程數(shù)
     * @param threadFactory 創(chuàng)建新線程時使用的factory
     * @return 新創(chuàng)建的線程池
     * @throws NullPointerException 如果threadFactory為null
     * @throws IllegalArgumentException if {@code nThreads <= 0}
     */
    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue(),
                                      threadFactory);
    }

另外還有一個FixedThreadPool的實現(xiàn)方法，和上面的類似，所以這里不多做闡述：

    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue());
    }

從上面源代碼可以看出新創(chuàng)建的FixedThreadPool的corePoolSize和maximumPoolSize都被設(shè)置為nThreads。
FixedThreadPool的execute()方法運行示意圖（該圖片來源：《Java并發(fā)編程的藝術(shù)》）：

上圖說明：

如果當前運行的線程數(shù)小于corePoolSize，則創(chuàng)建新的線程來執(zhí)行任務(wù)；

當前運行的線程數(shù)等于corePoolSize后，將任務(wù)加入LinkedBlockingQueue；

線程執(zhí)行完1中的任務(wù)后，會在循環(huán)中反復從LinkedBlockingQueue中獲取任務(wù)來執(zhí)行；

FixedThreadPool使用無界隊列 LinkedBlockingQueue（隊列的容量為Intger.MAX_VALUE）作為線程池的工作隊列會對線程池帶來如下影響：

當線程池中的線程數(shù)達到corePoolSize后，新任務(wù)將在無界隊列中等待，因此線程池中的線程數(shù)不會超過corePoolSize；

由于1，使用無界隊列時maximumPoolSize將是一個無效參數(shù)；

由于1和2，使用無界隊列時keepAliveTime將是一個無效參數(shù)；

運行中的FixedThreadPool（未執(zhí)行shutdown()或shutdownNow()方法）不會拒絕任務(wù)

3.5 SingleThreadExecutor詳解

SingleThreadExecutor是使用單個worker線程的Executor。下面看看SingleThreadExecutor的實現(xiàn)：

   /**
     *創(chuàng)建使用單個worker線程運行無界隊列的Executor
     *并使用提供的ThreadFactory在需要時創(chuàng)建新線程
     *
     * @param threadFactory 創(chuàng)建新線程時使用的factory
     *
     * @return 新創(chuàng)建的單線程Executor
     * @throws NullPointerException 如果ThreadFactory為空
     */
    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue(),
                                    threadFactory));
    }

   public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue()));
    }

從上面源代碼可以看出新創(chuàng)建的SingleThreadExecutor的corePoolSize和maximumPoolSize都被設(shè)置為1.其他參數(shù)和FixedThreadPool相同。SingleThreadExecutor使用無界隊列LinkedBlockingQueue作為線程池的工作隊列（隊列的容量為Intger.MAX_VALUE）。SingleThreadExecutor使用無界隊列作為線程池的工作隊列會對線程池帶來的影響與FixedThreadPool相同。

SingleThreadExecutor的運行示意圖（該圖片來源：《Java并發(fā)編程的藝術(shù)》）：

上圖說明;

如果當前運行的線程數(shù)少于corePoolSize，則創(chuàng)建一個新的線程執(zhí)行任務(wù)；

當前線程池中有一個運行的線程后，將任務(wù)加入LinkedBlockingQueue

線程執(zhí)行完1中的任務(wù)后，會在循環(huán)中反復從LinkedBlockingQueue中獲取任務(wù)來執(zhí)行；

3.6 CachedThreadPool詳解

CachedThreadPool是一個會根據(jù)需要創(chuàng)建新線程的線程池。下面通過源碼來看看 CachedThreadPool的實現(xiàn)：

    /**
     * 創(chuàng)建一個線程池，根據(jù)需要創(chuàng)建新線程，但會在先前構(gòu)建的線程可用時重用它，
     *并在需要時使用提供的ThreadFactory創(chuàng)建新線程。
     * @param threadFactory 創(chuàng)建新線程使用的factory
     * @return 新創(chuàng)建的線程池
     * @throws NullPointerException 如果threadFactory為空
     */
    public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue(),
                                      threadFactory);
    }

    public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue());
    }

CachedThreadPool的corePoolSize被設(shè)置為空（0），maximumPoolSize被設(shè)置為Integer.MAX.VALUE，即它是無界的，這也就意味著如果主線程提交任務(wù)的速度高于maximumPool中線程處理任務(wù)的速度時，CachedThreadPool會不斷創(chuàng)建新的線程。極端情況下，這樣會導致耗盡cpu和內(nèi)存資源。

CachedThreadPool的execute()方法的執(zhí)行示意圖（該圖片來源：《Java并發(fā)編程的藝術(shù)》）：

上圖說明：

首先執(zhí)行SynchronousQueue.offer(Runnable task)。如果當前maximumPool中有閑線程正在執(zhí)行SynchronousQueue.poll(keepAliveTime,TimeUnit.NANOSECONDS)，那么主線程執(zhí)行offer操作與空閑線程執(zhí)行的poll操作配對成功，主線程把任務(wù)交給空閑線程執(zhí)行，execute()方法執(zhí)行完成，否則執(zhí)行下面的步驟2；

當初始maximumPool為空，或者maximumPool中沒有空閑線程時，將沒有線程執(zhí)行SynchronousQueue.poll(keepAliveTime,TimeUnit.NANOSECONDS)。這種情況下，步驟1將失敗，此時CachedThreadPool會創(chuàng)建新線程執(zhí)行任務(wù)，execute方法執(zhí)行完成；

3.7 ThreadPoolExecutor使用示例 3.7.1 示例代碼

首先創(chuàng)建一個Runnable接口的實現(xiàn)類（當然也可以是Callable接口，我們上面也說了兩者的區(qū)別是：Runnable接口不會返回結(jié)果但是Callable接口可以返回結(jié)果。后面介紹Executors類的一些方法的時候會介紹到兩者的相互轉(zhuǎn)換。）

import java.util.Date;

/**
 * 這是一個簡單的Runnable類，需要大約5秒鐘來執(zhí)行其任務(wù)。
 */
public class WorkerThread implements Runnable {

    private String command;

    public WorkerThread(String s) {
        this.command = s;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start. Time = " + new Date());
        processCommand();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End. Time = " + new Date());
    }

    private void processCommand() {
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public String toString() {
        return this.command;
    }
}

編寫測試程序，我們這里以FixedThreadPool為例子

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ThreadPoolExecutorDemo {

    public static void main(String[] args) {
        //創(chuàng)建一個FixedThreadPool對象
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            //創(chuàng)建WorkerThread對象（WorkerThread類實現(xiàn)了Runnable 接口）
            Runnable worker = new WorkerThread("" + i);
            //執(zhí)行Runnable
            executor.execute(worker);
        }
        //終止線程池
        executor.shutdown();
        while (!executor.isTerminated()) {
        }
        System.out.println("Finished all threads");
    }
}

輸出示例：

pool-1-thread-5 Start. Time = Thu May 31 10:22:52 CST 2018
pool-1-thread-3 Start. Time = Thu May 31 10:22:52 CST 2018
pool-1-thread-2 Start. Time = Thu May 31 10:22:52 CST 2018
pool-1-thread-4 Start. Time = Thu May 31 10:22:52 CST 2018
pool-1-thread-1 Start. Time = Thu May 31 10:22:52 CST 2018
pool-1-thread-4 End. Time = Thu May 31 10:22:57 CST 2018
pool-1-thread-1 End. Time = Thu May 31 10:22:57 CST 2018
pool-1-thread-2 End. Time = Thu May 31 10:22:57 CST 2018
pool-1-thread-5 End. Time = Thu May 31 10:22:57 CST 2018
pool-1-thread-3 End. Time = Thu May 31 10:22:57 CST 2018
pool-1-thread-5 Start. Time = Thu May 31 10:22:57 CST 2018
pool-1-thread-2 Start. Time = Thu May 31 10:22:57 CST 2018
pool-1-thread-1 Start. Time = Thu May 31 10:22:57 CST 2018
pool-1-thread-4 Start. Time = Thu May 31 10:22:57 CST 2018
pool-1-thread-3 Start. Time = Thu May 31 10:22:57 CST 2018
pool-1-thread-5 End. Time = Thu May 31 10:23:02 CST 2018
pool-1-thread-1 End. Time = Thu May 31 10:23:02 CST 2018
pool-1-thread-2 End. Time = Thu May 31 10:23:02 CST 2018
pool-1-thread-3 End. Time = Thu May 31 10:23:02 CST 2018
pool-1-thread-4 End. Time = Thu May 31 10:23:02 CST 2018
Finished all threads

3.7.2 shutdown（）VS shutdownNow（）

shutdown（）方法表明關(guān)閉已在Executor上調(diào)用，因此不會再向DelayedPool添加任何其他任務(wù)（由ScheduledThreadPoolExecutor類在內(nèi)部使用）。但是，已經(jīng)在隊列中提交的任務(wù)將被允許完成。
另一方面，shutdownNow（）方法試圖終止當前正在運行的任務(wù)，并停止處理排隊的任務(wù)并返回正在等待執(zhí)行的List。

3.7.3 isTerminated() Vs isShutdown()

isShutdown（）表示執(zhí)行程序正在關(guān)閉，但并非所有任務(wù)都已完成執(zhí)行。
另一方面，isShutdown（）表示所有線程都已完成執(zhí)行。

四 ScheduledThreadPoolExecutor詳解 4.1 簡介

ScheduledThreadPoolExecutor主要用來在給定的延遲后運行任務(wù)，或者定期執(zhí)行任務(wù)。

ScheduledThreadPoolExecutor使用的任務(wù)隊列DelayQueue封裝了一個PriorityQueue，PriorityQueue會對隊列中的任務(wù)進行排序，執(zhí)行所需時間短的放在前面先被執(zhí)行(ScheduledFutureTask的time變量小的先執(zhí)行)，如果執(zhí)行所需時間相同則先提交的任務(wù)將被先執(zhí)行(ScheduledFutureTask的squenceNumber變量小的先執(zhí)行)。

ScheduledThreadPoolExecutor和Timer的比較：

Timer對系統(tǒng)時鐘的變化敏感，ScheduledThreadPoolExecutor不是；

Timer只有一個執(zhí)行線程，因此長時間運行的任務(wù)可以延遲其他任務(wù)。 ScheduledThreadPoolExecutor可以配置任意數(shù)量的線程。此外，如果你想（通過提供ThreadFactory），你可以完全控制創(chuàng)建的線程;

在TimerTask中拋出的運行時異常會殺死一個線程，從而導致Timer死機:-( ...即計劃任務(wù)將不再運行。ScheduledThreadExecutor不僅捕獲運行時異常，還允許您在需要時處理它們（通過重寫afterExecute方法 ThreadPoolExecutor）。拋出異常的任務(wù)將被取消，但其他任務(wù)將繼續(xù)運行。

綜上，在JDK1.5之后，你沒有理由再使用Timer進行任務(wù)調(diào)度了。

備注： Quartz是一個由java編寫的任務(wù)調(diào)度庫，由OpenSymphony組織開源出來。在實際項目開發(fā)中使用Quartz的還是居多，比較推薦使用Quartz。因為Quartz理論上能夠同時對上萬個任務(wù)進行調(diào)度，擁有豐富的功能特性，包括任務(wù)調(diào)度、任務(wù)持久化、可集群化、插件等等。

4.2 ScheduledThreadPoolExecutor運行機制

ScheduledThreadPoolExecutor的執(zhí)行主要分為兩大部分：

當調(diào)用ScheduledThreadPoolExecutor的 scheduleAtFixedRate() 方法或者scheduleWirhFixedDelay() 方法時，會向ScheduledThreadPoolExecutor的 DelayQueue 添加一個實現(xiàn)了 RunnableScheduledFutur 接口的 ScheduledFutureTask 。

線程池中的線程從DelayQueue中獲取ScheduledFutureTask，然后執(zhí)行任務(wù)。

ScheduledThreadPoolExecutor為了實現(xiàn)周期性的執(zhí)行任務(wù)，對ThreadPoolExecutor做了如下修改：

使用 DelayQueue 作為任務(wù)隊列；

獲取任務(wù)的方不同

執(zhí)行周期任務(wù)后，增加了額外的處理

4.3 ScheduledThreadPoolExecutor執(zhí)行周期任務(wù)的步驟

線程1從DelayQueue中獲取已到期的ScheduledFutureTask（DelayQueue.take()）。到期任務(wù)是指ScheduledFutureTask的time大于等于當前系統(tǒng)的時間；

線程1執(zhí)行這個ScheduledFutureTask；

線程1修改ScheduledFutureTask的time變量為下次將要被執(zhí)行的時間；

線程1把這個修改time之后的ScheduledFutureTask放回DelayQueue中（DelayQueue.add())。

4.4 ScheduledThreadPoolExecutor使用示例

創(chuàng)建一個簡單的實現(xiàn)Runnable接口的類（我們上面的例子已經(jīng)實現(xiàn)過）

測試程序使用ScheduledExecutorService和ScheduledThreadPoolExecutor實現(xiàn)的java調(diào)度。

/**
 * 使用ScheduledExecutorService和ScheduledThreadPoolExecutor實現(xiàn)的java調(diào)度程序示例程序。
 */
public class ScheduledThreadPoolDemo {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        //創(chuàng)建一個ScheduledThreadPoolExecutor對象
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
        //計劃在某段時間后運行
        System.out.println("Current Time = "+new Date());
        for(int i=0; i<3; i++){
            Thread.sleep(1000);
            WorkerThread worker = new WorkerThread("do heavy processing");
            //創(chuàng)建并執(zhí)行在給定延遲后啟用的單次操作。 
            scheduledThreadPool.schedule(worker, 10, TimeUnit.SECONDS);
        }

        //添加一些延遲讓調(diào)度程序產(chǎn)生一些線程
        Thread.sleep(30000);
        System.out.println("Current Time = "+new Date());
        //關(guān)閉線程池
        scheduledThreadPool.shutdown();
        while(!scheduledThreadPool.isTerminated()){
            //等待所有任務(wù)完成
        }
        System.out.println("Finished all threads");
    }

}

運行結(jié)果：

Current Time = Wed May 30 17:11:16 CST 2018
pool-1-thread-1 Start. Time = Wed May 30 17:11:27 CST 2018
pool-1-thread-2 Start. Time = Wed May 30 17:11:28 CST 2018
pool-1-thread-3 Start. Time = Wed May 30 17:11:29 CST 2018
pool-1-thread-1 End. Time = Wed May 30 17:11:32 CST 2018
pool-1-thread-2 End. Time = Wed May 30 17:11:33 CST 2018
pool-1-thread-3 End. Time = Wed May 30 17:11:34 CST 2018
Current Time = Wed May 30 17:11:49 CST 2018
Finished all threads

4.4.1 ScheduledExecutorService scheduleAtFixedRate(Runnable command,long initialDelay,long period,TimeUnit unit)方法

我們可以使用ScheduledExecutorService scheduleAtFixedRate方法來安排任務(wù)在初始延遲后運行，然后在給定的時間段內(nèi)運行。

時間段是從池中第一個線程的開始，因此如果您將period指定為1秒并且線程運行5秒，那么只要第一個工作線程完成執(zhí)行，下一個線程就會開始執(zhí)行。

for (int i = 0; i < 3; i++) {
    Thread.sleep(1000);
    WorkerThread worker = new WorkerThread("do heavy processing");
    // schedule task to execute at fixed rate
    scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(worker, 0, 10,
    TimeUnit.SECONDS);
}

輸出示例:

Current Time = Wed May 30 17:47:09 CST 2018
pool-1-thread-1 Start. Time = Wed May 30 17:47:10 CST 2018
pool-1-thread-2 Start. Time = Wed May 30 17:47:11 CST 2018
pool-1-thread-3 Start. Time = Wed May 30 17:47:12 CST 2018
pool-1-thread-1 End. Time = Wed May 30 17:47:15 CST 2018
pool-1-thread-2 End. Time = Wed May 30 17:47:16 CST 2018
pool-1-thread-3 End. Time = Wed May 30 17:47:17 CST 2018
pool-1-thread-1 Start. Time = Wed May 30 17:47:20 CST 2018
pool-1-thread-4 Start. Time = Wed May 30 17:47:21 CST 2018
pool-1-thread-2 Start. Time = Wed May 30 17:47:22 CST 2018
pool-1-thread-1 End. Time = Wed May 30 17:47:25 CST 2018
pool-1-thread-4 End. Time = Wed May 30 17:47:26 CST 2018
pool-1-thread-2 End. Time = Wed May 30 17:47:27 CST 2018
pool-1-thread-1 Start. Time = Wed May 30 17:47:30 CST 2018
pool-1-thread-3 Start. Time = Wed May 30 17:47:31 CST 2018
pool-1-thread-5 Start. Time = Wed May 30 17:47:32 CST 2018
pool-1-thread-1 End. Time = Wed May 30 17:47:35 CST 2018
pool-1-thread-3 End. Time = Wed May 30 17:47:36 CST 2018
pool-1-thread-5 End. Time = Wed May 30 17:47:37 CST 2018
pool-1-thread-1 Start. Time = Wed May 30 17:47:40 CST 2018
pool-1-thread-2 Start. Time = Wed May 30 17:47:41 CST 2018
Current Time = Wed May 30 17:47:42 CST 2018
pool-1-thread-1 End. Time = Wed May 30 17:47:45 CST 2018
pool-1-thread-2 End. Time = Wed May 30 17:47:46 CST 2018
Finished all threads

Process finished with exit code 0

4.4.2 ScheduledExecutorService scheduleWithFixedDelay(Runnable command,long initialDelay,long delay,TimeUnit unit)方法

ScheduledExecutorService scheduleWithFixedDelay方法可用于以初始延遲啟動周期性執(zhí)行，然后以給定延遲執(zhí)行。延遲時間是線程完成執(zhí)行的時間。

for (int i = 0; i < 3; i++) {
    Thread.sleep(1000);
    WorkerThread worker = new WorkerThread("do heavy processing");
    scheduledThreadPool.scheduleWithFixedDelay(worker, 0, 1,
    TimeUnit.SECONDS);
}

輸出示例：

Current Time = Wed May 30 17:58:09 CST 2018
pool-1-thread-1 Start. Time = Wed May 30 17:58:10 CST 2018
pool-1-thread-2 Start. Time = Wed May 30 17:58:11 CST 2018
pool-1-thread-3 Start. Time = Wed May 30 17:58:12 CST 2018
pool-1-thread-1 End. Time = Wed May 30 17:58:15 CST 2018
pool-1-thread-2 End. Time = Wed May 30 17:58:16 CST 2018
pool-1-thread-1 Start. Time = Wed May 30 17:58:16 CST 2018
pool-1-thread-3 End. Time = Wed May 30 17:58:17 CST 2018
pool-1-thread-4 Start. Time = Wed May 30 17:58:17 CST 2018
pool-1-thread-2 Start. Time = Wed May 30 17:58:18 CST 2018
pool-1-thread-1 End. Time = Wed May 30 17:58:21 CST 2018
pool-1-thread-1 Start. Time = Wed May 30 17:58:22 CST 2018
pool-1-thread-4 End. Time = Wed May 30 17:58:22 CST 2018
pool-1-thread-2 End. Time = Wed May 30 17:58:23 CST 2018
pool-1-thread-2 Start. Time = Wed May 30 17:58:23 CST 2018
pool-1-thread-4 Start. Time = Wed May 30 17:58:24 CST 2018
pool-1-thread-1 End. Time = Wed May 30 17:58:27 CST 2018
pool-1-thread-2 End. Time = Wed May 30 17:58:28 CST 2018
pool-1-thread-1 Start. Time = Wed May 30 17:58:28 CST 2018
pool-1-thread-2 Start. Time = Wed May 30 17:58:29 CST 2018
pool-1-thread-4 End. Time = Wed May 30 17:58:29 CST 2018
pool-1-thread-4 Start. Time = Wed May 30 17:58:30 CST 2018
pool-1-thread-1 End. Time = Wed May 30 17:58:33 CST 2018
pool-1-thread-2 End. Time = Wed May 30 17:58:34 CST 2018
pool-1-thread-1 Start. Time = Wed May 30 17:58:34 CST 2018
pool-1-thread-2 Start. Time = Wed May 30 17:58:35 CST 2018
pool-1-thread-4 End. Time = Wed May 30 17:58:35 CST 2018
pool-1-thread-4 Start. Time = Wed May 30 17:58:36 CST 2018
pool-1-thread-1 End. Time = Wed May 30 17:58:39 CST 2018
pool-1-thread-2 End. Time = Wed May 30 17:58:40 CST 2018
pool-1-thread-5 Start. Time = Wed May 30 17:58:40 CST 2018
pool-1-thread-4 End. Time = Wed May 30 17:58:41 CST 2018
pool-1-thread-2 Start. Time = Wed May 30 17:58:41 CST 2018
Current Time = Wed May 30 17:58:42 CST 2018
pool-1-thread-5 End. Time = Wed May 30 17:58:45 CST 2018
pool-1-thread-2 End. Time = Wed May 30 17:58:46 CST 2018
Finished all threads

4.4.3 scheduleWithFixedDelay() vs scheduleAtFixedRate()

scheduleAtFixedRate（...）將延遲視為兩個任務(wù)開始之間的差異（即定期調(diào)用）
scheduleWithFixedDelay（...）將延遲視為一個任務(wù)結(jié)束與下一個任務(wù)開始之間的差異

scheduleAtFixedRate(): 創(chuàng)建并執(zhí)行在給定的初始延遲之后，隨后以給定的時間段首先啟用的周期性動作; 那就是執(zhí)行將在initialDelay之后開始，然后initialDelay+period ，然后是initialDelay + 2 * period ，等等。 如果任務(wù)的執(zhí)行遇到異常，則后續(xù)的執(zhí)行被抑制。 否則，任務(wù)將僅通過取消或終止執(zhí)行人終止。 如果任務(wù)執(zhí)行時間比其周期長，則后續(xù)執(zhí)行可能會遲到，但不會同時執(zhí)行。 
scheduleWithFixedDelay() : 創(chuàng)建并執(zhí)行在給定的初始延遲之后首先啟用的定期動作，隨后在一個執(zhí)行的終止和下一個執(zhí)行的開始之間給定的延遲。 如果任務(wù)的執(zhí)行遇到異常，則后續(xù)的執(zhí)行被抑制。 否則，任務(wù)將僅通過取消或終止執(zhí)行終止。

五各種線程池的適用場景介紹

FixedThreadPool： 適用于為了滿足資源管理需求，而需要限制當前線程數(shù)量的應(yīng)用場景。它適用于負載比較重的服務(wù)器；

SingleThreadExecutor： 適用于需要保證順序地執(zhí)行各個任務(wù)并且在任意時間點，不會有多個線程是活動的應(yīng)用場景。

CachedThreadPool： 適用于執(zhí)行很多的短期異步任務(wù)的小程序，或者是負載較輕的服務(wù)器；

ScheduledThreadPoolExecutor： 適用于需要多個后臺執(zhí)行周期任務(wù)，同時為了滿足資源管理需求而需要限制后臺線程的數(shù)量的應(yīng)用場景，

SingleThreadScheduledExecutor： 適用于需要單個后臺線程執(zhí)行周期任務(wù)，同時保證順序地執(zhí)行各個任務(wù)的應(yīng)用場景。

六總結(jié)

本節(jié)只是簡單的介紹了一下使用線程池的好處，然后花了大量篇幅介紹Executor 框架。詳細介紹了Executor 框架中ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor，并且通過實例詳細講解了ScheduledThreadPoolExecutor的使用。對于FutureTask 只是粗略帶過，因為篇幅問題，并沒有深究它的原理，后面的文章會進行補充。這一篇文章只是大概帶大家過一下線程池的基本概覽，深入講解的地方不是很多，后續(xù)會通過源碼深入研究其中比較重要的一些知識點。

最后，就是這兩周要考試了，會抽點時間出來簡單應(yīng)付一下學校考試了。然后，就是寫這篇多線程的文章廢了好多好多時間。一直不知從何寫起。

參考

《Java并發(fā)編程的藝術(shù)》

Java Scheduler ScheduledExecutorService ScheduledThreadPoolExecutor Example

java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor Example

ThreadPoolExecutor – Java Thread Pool Example

我是Snailclimb,一個以架構(gòu)師為5年之內(nèi)目標的小小白。 歡迎關(guān)注我的微信公眾號:"Java面試通關(guān)手冊"（一個有溫度的微信公眾號，期待與你共同進步~~~堅持原創(chuàng)，分享美文，分享各種Java學習資源)

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