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Java併發框架Executor學習筆記

Java SE5的java.util.concurrent包中的執行器(Executor)將為你管理Thread物件,從而簡化了併發程式設計。Executor在客戶端和執行任務之間提供了一個間接層,Executor代替客戶端執行任務。Executor允許你管理非同步任務的執行,而無須顯式地管理執行緒的生命週期。Executor在Java SE5/6中時啟動任務的優選方法。Executor引入了一些功能類來管理和使用執行緒Thread,其中包括執行緒池,Executor,Executors,ExecutorService,CompletionService,Future,Callable等


建立執行緒池

Executors類,提供了一系列工廠方法用於創先執行緒池,返回的執行緒池都實現了ExecutorService介面。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)

建立固定數目執行緒的執行緒池。

public static ExecutorService newCachedThreadPool()

建立一個可快取的執行緒池,呼叫execute 將重用以前構造的執行緒(如果執行緒可用)。如果現有執行緒沒有可用的,則建立一個新執行緒並新增到池中。終止並從快取中移除那些已有 60 秒鐘未被使用的執行緒。

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()

建立一個單執行緒化的Executor。

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)

建立一個支援定時及週期性的任務執行的執行緒池,多數情況下可用來替代Timer類。

見類圖,介面Executor只有一個方法execute,介面ExecutorService擴充套件了Executor並添加了一些生命週期管理的方法,如shutdown、submit等。一個Executor的生命週期有三種狀態,執行 ,關閉 ,終止。

Callable,Future用於返回結果

Future<V>代表一個非同步執行的操作,通過get()方法可以獲得操作的結果,如果非同步操作還沒有完成,則,get()會使當前執行緒阻塞。FutureTask<V>實現了Future<V>和Runable<V>。Callable代表一個有返回值得操作。

例項:平行計算求和

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  1. public class ConcurrentSum {  
  2.     private int coreCpuNum;  
  3.     private ExecutorService  executor;  
  4.     private List<FutureTask<Long>> tasks = new ArrayList<FutureTask<Long>>();  
  5.     public ConcurrentSum(){  
  6.         coreCpuNum = Runtime.getRuntime().availableProcessors();  
  7.         executor = Executors.newFixedThreadPool(coreCpuNum);  
  8.     }  
  9.     class SumCalculator implements Callable<Long>{  
  10.         int nums[];  
  11.         int start;  
  12.         int end;  
  13.         public SumCalculator(final int nums[],int start,int end){  
  14.             this.nums = nums;  
  15.             this.start = start;  
  16.             this.end = end;  
  17.         }  
  18.         @Override  
  19.         public Long call() throws Exception {  
  20.             long sum =0;  
  21.             for(int i=start;i<end;i++){  
  22.                 sum += nums[i];  
  23.             }  
  24.             return sum;  
  25.         }  
  26.     }  
  27.     public long sum(int[] nums){  
  28.         int start,end,increment;  
  29.         // 根據CPU核心個數拆分任務,建立FutureTask並提交到Executor   
  30.         for(int i=0;i<coreCpuNum;i++){  
  31.             increment = nums.length / coreCpuNum+1;  
  32.             start = i*increment;  
  33.             end = start+increment;  
  34.             if(end > nums.length){  
  35.                 end = nums.length;   
  36.             }  
  37.             SumCalculator calculator = new SumCalculator(nums, start, end);  
  38.             FutureTask<Long> task = new FutureTask<Long>(calculator);  
  39.             tasks.add(task);  
  40.             if(!executor.isShutdown()){  
  41.                 executor.submit(task);  
  42.             }  
  43.         }  
  44.         return getPartSum();  
  45.     }  
  46.     public long getPartSum(){  
  47.         long sum = 0;  
  48.         for(int i=0;i<tasks.size();i++){  
  49.             try {  
  50.                 sum += tasks.get(i).get();  
  51.             } catch (InterruptedException e) {  
  52.                 e.printStackTrace();  
  53.             } catch (ExecutionException e) {  
  54.                 e.printStackTrace();  
  55.             }  
  56.         }  
  57.         return sum;  
  58.     }  
  59.     public void close(){  
  60.         executor.shutdown();  
  61.     }  
  62.     public static void main(String[] args) {  
  63.         int arr[] = new int[]{12233452617481011 };  
  64.         long sum = new ConcurrentSum().sum(arr);  
  65.         System.out.println("sum: " + sum);  
  66.     }  
  67. }  

CompletionService

在上述例子中,getResult()方法的實現過程中,迭代了FutureTask的陣列,如果任務還沒有完成則當前執行緒會阻塞,如果我們希望任意任務完成後就把其結果加到result中,而不用依次等待每個任務完成,可以使用CompletionService。

它與ExecutorService最主要的區別在於submit的task不一定是按照加入時的順序完成的。CompletionService對ExecutorService進行了包裝,內部維護一個儲存Future物件的BlockingQueue。只有當這個Future物件狀態是結束的時候,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物件,如果Queue是空的,就會阻塞在那裡,直到有完成的Future物件加入到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。

例項:平行計算求和

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  1. public class ConcurrentSum2 {  
  2.     private int coreCpuNum;  
  3.     private ExecutorService  executor;  
  4.     private CompletionService<Long> completionService;  
  5.     public ConcurrentSum2(){  
  6.         //.....  
  7.     }  
  8.     class SumCalculator implements Callable<Long>{  
  9.         //.....  
  10.     }  
  11.     public long sum(int[] nums){  
  12.         int start,end,increment;  
  13.         // 根據CPU核心個數拆分任務,建立FutureTask並提交到Executor   
  14.         for(int i=0;i<coreCpuNum;i++){  
  15.             increment = nums.length / coreCpuNum+1;  
  16.             start = i*increment;  
  17.             end = start+increment;  
  18.             if(end > nums.length){  
  19.                 end = nums.length;   
  20.             }  
  21.             SumCalculator task = new SumCalculator(nums, start, end);  
  22.             if(!executor.isShutdown()){  
  23.                 completionService.submit(task);  
  24.             }  
  25.         }  
  26.         return getPartSum();  
  27.     }  
  28.     public long getPartSum(){  
  29.         long sum = 0;  
  30.         for(int i=0;i<coreCpuNum;i++){  
  31.             try {  
  32.                 sum += completionService.take().get();  
  33.             } catch (InterruptedException e) {  
  34.                 e.printStackTrace();  
  35.             } catch (ExecutionException e) {  
  36.                 e.printStackTrace();  
  37.             }  
  38.         }  
  39.         return sum;  
  40.     }  
  41.     public void close(){  
  42.         executor.shutdown();  
  43.     }  
  44. }