[Java併發程式設計實戰] Executor框架（含思維導圖）
亦餘心之所善兮，雖九死其猶未悔。———屈原《離騷》
這句話的意思是“這些都是我內心之所珍愛，就是讓我九死（或多死）還是不後悔。”這兩句表現了詩人對美好理想執著追求的精神。
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這篇文章介紹 Executor 框架，我用 Xmind 軟體畫了這篇文章內容的思維導圖。這是我第一次用思維導圖軟體，發現真的很好用，將整個文章提取然後視覺化，複習起來也一目瞭然。話不所說，誰用誰知道。下面放上這篇文章的思維導圖：
Executor 簡介
從程式碼上看，Executor 是一個簡單的介面，但它卻是整個非同步任務執行框架的基礎，這個框架能支援多種不同型別的任務執行策略。他提供了一種標準的方法將任務的提交過程和執行過程解耦開來，任務用 Runnable 來表示。Executor 基於生產者-消費者模式，提交任務的執行緒相當於生產者，執行任務的執行緒相當於消費者。同時，Executor 的實現還提供了對任務執行的生命週期管理的支援。
Executor 引入的原因
大多數併發應用程式都是圍繞[任務執行]來構造，應用程式的工作可以被分解到多個任務中，關鍵是如何安排好這些任務的執行。換句話說，就是有哪些執行策略可以供我們選擇，來保證程式的正常執行。執行策略有下面三種方法，我們來看看。
序列執行
最簡單最直接最粗暴的方法就是單執行緒的序列執行，每次只能執行一個任務，其他任務必須等待當前任務執行完成，才能進行。這在理論上可以的，但是它的缺陷也非常明顯。假如當前任務是耗時操作或者是阻塞的，那麼其他任務需要進行長時間的等待，這讓客戶端感覺到程式響應非常慢。特別是在伺服器應用程式中，序列處理機制通常無法提供高吞吐率或快速響應性。它的缺陷總結如下：
- 吞吐率低
- 響應慢
- 資源利用率低
無限制建立執行緒
這時，我們可能會想到的另一個方法，就是為每個任務都單獨分配一個執行緒來執行，從而提高程式的響應性。因為這樣可以做到任務並行處理，能同時處理多個請求，但是要保證任務處理程式碼是執行緒安全的。
然而，這種方法也存在著一定的缺陷，極端情況下，它會建立大量的執行緒，超過了一定的數量，它繼續建立執行緒會降低程式的執行速度，甚至導致程式崩潰。所以，當需要建立大量執行緒時，它的缺點有：
- 執行緒生命週期的開銷非常高，會消耗大量的計算資源。
- 資源消耗問題，大量空閒執行緒會佔用很多記憶體。
- 穩定性問題，超過了系統的限制數量，可能會導致OOM。
執行緒池的優勢
上面提到的兩種方式，都有著各自明顯的缺點。序列執行的問題在於糟糕的響應性和吞吐率；為每個任務都建立執行緒的問題在於資源管理的複雜性。這兩種方法看起來都是極端的情況，要麼只建立一個，要麼無線建立。
那麼，我們是否可以通過限制執行緒的數量，找到一種介於兩者之間平衡的方法來解決這些問題呢？答案是肯定的。各種執行策略都是一種資源管理工具，最佳的執行策略取決於可用的計算資源以及對服務質量的需求。我們可以通過限制併發任務的數量，來避免上面的兩個問題。在此，我們引入執行緒池的概念。
執行緒池，構建一定數量的工作執行緒，它與工作佇列密切相關。工作佇列儲存了所有待執行的任務，工作執行緒的主要工作就是從佇列中獲取任務，執行完成後返回執行緒池，等待下一個任務。它的優勢也非常明顯:
- 可以重用現有執行緒，減少建立和銷燬的頻繁開銷，提高響應性。
- 執行緒數量可調節，靈活方便，防止過多執行緒耗盡記憶體。
總之，大多數情況下，應該運用執行緒池而不是其他方式來處理併發任務。
Executor 框架的元件
說了這麼多，那到底 Executor 的框架是怎麼樣的呢？下面我們直接先來看它的框架類圖。
框架類圖
下面我們根據這個框架圖，來簡單說說各個類的情況。
(1) Executor 是一個簡單的介面，如下所示：
public interface Executor {
void execute(Runnable command);
}(2) ExecutorService 在原有介面的基礎上，新增生命週期的方法，它包括三種狀態：執行，關閉，終止。
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;
}(3) ThreadPoolExecutor 框架核心類，Executors 工具類最終是條用它來建立不同執行策略的Executor.所以我們也可以利用它來定製機子的執行策略。
(4) Executors 工具類，可以用它來建立各種各樣的 Executor.比如下面這幾種：
- newFixedThreadPool, 固定長度的線城池。
- newCacheThreadPool, 可快取的執行緒池，可以回收空閒執行緒，任務多時則建立執行緒，數量沒有限制。
- newSingleThreadExecutor, 單執行緒。
- newScheduledThreadPool, 固定長度執行緒池，可以延遲或定時執行。
(5) ExecutorCompletionService, 它融合了Executor 和 BlockingQueue。它將計算委託給 Executor,當任務執行結束時，結果會放入佇列裡面。其實就是通過阻塞佇列作為中介來獲取結果，而不是直接使用 Future 來獲取。
任務執行的三個部分
我們先來明確任務執行的流程。一般情況下，任務的執行包含包括三個部分。
- 每個任務都是用 Runnable/Callable 介面的實現類表示。
- 任務執行的核心是採用 Executor 框架，核心類是 ThreadPoolExecutor。
- 非同步任務需要返回結果，提交任務後需要返回 Future, FutureTask 實現。
上面就是我們利用 Exector 框架來執行任務的一般步驟。
框架使用示意圖
它的框架使用示意圖如下:
從圖中可以看出整個執行的流程。但是圖上得來終覺淺，絕知此事要躬行，還是用具體例項來演示吧。
本文完畢，具體例項的演示，請等待下一篇文章。
貌似上傳的思維導圖不夠清晰，如果想要這篇文章更清晰的思維導圖，請在我公眾號回覆[Executor]獲取。
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