面試：講一講Java併發-Executor？

📖摘要

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今天分享下 —— 面試：講一講Java併發-Executor？ 的一些基本知識，歡迎關注！

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🌂分享：Executor框架

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😀Executor接口

public interface Executor {
     void execute(Runnable command);
 }

Executor 接口是 Executor 框架中最基礎的部分，定義了一個用於執行Runnable 的 execute 方法，它沒有實現類只有另一個重要的子接口 ExecutorService

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😁ExecutorService接口

//繼承自Executor接口
  public interface ExecutorService extends Executor {
      /**
       * 關閉方法，調用後執行之前提交的任務，不再接受新的任務
       */
      void shutdown();
      /**
       * 從語義上可以看出是立即停止的意思，將暫停所有等待處理的任務並返回這些任務的列表
       */
     List<Runnable> shutdownNow();
     /**
      * 判斷執行器是否已經關閉
      */
     boolean isShutdown();
     /**
      * 關閉後所有任務是否都已完成
      */
     boolean isTerminated();
     /**
      * 中斷
      */
    boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
         throws InterruptedException;
     /**
      * 提交一個Callable任務
      */
     <T> Future<T> submit(Callable<T> task);
     /**
      * 提交一個Runable任務，result要返回的結果
      */
     <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
     /**
      * 提交一個任務
      */
     Future<?> submit(Runnable task);
     /**
      * 執行所有給定的任務，當所有任務完成，返回保持任務狀態和結果的Future列表
      */
     <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
         throws InterruptedException;
     /**
      * 執行給定的任務，當所有任務完成或超時期滿時（無論哪個首先發生），返回保持任務狀態和結果的 Future 列表。
      */
     <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                                   long timeout, TimeUnit unit)
         throws InterruptedException;
     /**
      * 執行給定的任務，如果某個任務已成功完成（也就是未拋出異常），則返回其結果。
      */
     <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
         throws InterruptedException, ExecutionException;
     /**
      * 執行給定的任務，如果在給定的超時期滿前某個任務已成功完成（也就是未拋出異常），則返回其結果。
      */
     <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                     long timeout, TimeUnit unit)
         throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
 }

ExecutorService 接口繼承自 Executor 接口，定義了終止、提交、執行任務、跟蹤任務返回結果等方法。

ExecutorService 的生命週期有三種狀態：運行、關閉和已終止。

• execute（Runnable command）：履行 Ruannable 類型的任務,
• submit（task）：可用來提交 Callable 或 Runnable 任務，並返回代表此任務的 Future 對象
• shutdown（）：在完成已提交的任務後封閉辦事，不再接管新任務,
• shutdownNow（）：停止所有正在履行的任務並封閉辦事。
• isTerminated（）：測試是否所有任務都履行完畢了。,
• isShutdown（）：測試是否該 ExecutorService 已被關閉

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😂工具類 Executors 的靜態方法

負責生成各種類型的 ExecutorService 線程池實例，共有四種。

• newFixedThreadPool(numberOfThreads:int):（固定線程池）ExecutorService 創建一個固定線程數量的線程池，並行執行的線程數量不變，線程當前任務完成後，可以被重用執行另一個任務
• newCachedThreadPool():（可緩存線程池） ExecutorService 創建一個線程池，按需創建新線程，如果線程的當前規模超過了處理需求時，阿麼將回收空閒的線程，而當需求增加時，則可以添加新的線程，線程池的規模不存在任何限制
• new SingleThreadExecutor();（單線程執行器）線程池中只有一個線程，依次執行任務
• new ScheduledThreadPool()：線程池按時間計劃來執行任務，允許用戶設定執行任務的時間，類似於 timer

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🤣Runnable、Callable、Future接口

Runnable接口

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// 實現Runnable接口的類將被Thread執行，表示一個基本的任務
  public interface Runnable {
      // run方法就是它所有的內容，就是實際執行的任務
      public abstract void run();
  }

Callable接口

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與 Runnable 接口的區別在於它接收泛型，同時它執行任務後帶有返回內容

// Callable同樣是任務，與Runnable接口的區別在於它接收泛型，同時它執行任務後帶有返回內容
  public interface Callable<V> {
      // 相對於run方法的帶有返回值的call方法
      V call() throws Exception;
}

Runnable 接口和 Callable 接口的實現類，都可以被 ThreadPoolExecutor 和 ScheduledThreadPoolExecutor 執行，他們之間的區別是 Runnable 不會返回結果，而 Callable 可以返回結果。

Executors 可以把一個 Runnable 對象轉換成 Callable 對象：

public static Callable<Object> callable(Runnbale task);

當把一個 Callable 對象 (Callable1,Callable2) 提交給 ThreadPoolExecutor 和 ScheduledThreadPoolExecutor 執行時，submit(...) 會向我們返回一個 FutureTask 對象。我們執行 FutureTask.get() 來等待任務執行完成，當任務完成後， FutureTask.get() 將返回任務的結果。

Future接口

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// Future代表異步任務的執行結果
  public interface Future<V> {
      /**
       * 嘗試取消一個任務，如果這個任務不能被取消（通常是因爲已經執行完了），返回false，否則返回true。
       */
      boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
      /**
      * 返回代表的任務是否在完成之前被取消了
      */
     boolean isCancelled();
     /**
      * 如果任務已經完成，返回true
      */
    boolean isDone();
     /**
      * 獲取異步任務的執行結果（如果任務沒執行完將等待）
      */
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
     /**
      * 獲取異步任務的執行結果（有最常等待時間的限制）
      *
      *  timeout表示等待的時間，unit是它時間單位
      */
     V get(long timeout, TimeUnit unit)
         throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
 }

Future 就是對於具體的 Runnable 或者 Callable 任務的執行結果進行取消、查詢是否完成、獲取結果。必要時可以通過 get 方法獲取執行結果，該方法會阻塞直到任務返回結果

• cancel方法用來取消任務，如果取消任務成功則返回true，如果取消任務失敗則返回false。
• isCancelled方法表示任務是否被取消成功，如果在任務正常完成前被取消成功，則返回 true。
• isDone方法表示任務是否已經完成，若任務完成，則返回true；
• get()方法用來獲取執行結果，這個方法會產生阻塞，會一直等到任務執行完畢才返回；
• get(long timeout, TimeUnit unit)用來獲取執行結果，如果在指定時間內，還沒獲取到結果，就直接返回null。

也就是說Future提供了三種功能：

• 判斷任務是否完成；
• 能夠中斷任務；
• 能夠獲取任務執行結果。

線程池的處理流程

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線程池優先要創建出基本線程池大小（corePoolSize）的線程數量，沒有達到這個數量時，每次提交新任務都會直接創建一個新線程，當達到了基本線程數量後，又有新任務到達，優先放入等待隊列，如果隊列滿了，纔去創建新的線程（不能超過線程池的最大數maxmumPoolSize）。

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😃向線程池提交任務的兩種方式

通過execute()方法

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ExecutorService threadpool= Executors.newFixedThreadPool(10);  threadpool.execute(new Runnable(){...});

這種方式提交沒有返回值，也就不能判斷任務是否被線程池執行成功。

通過submit()方法

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Future<?> future = threadpool.submit(new Runnable(){...});
    try {
            Object res = future.get();//獲取任務執行結果
        } catch (InterruptedException e) {
            // 處理中斷異常
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            // 處理無法執行任務異常
            e.printStackTrace();
        }finally{
            // 關閉線程池
            executor.shutdown();
        }

使用 submit 方法來提交任務，它會返回一個 Future 對象，通過 future 的 get 方法來獲取返回值，get 方法會阻塞住直到任務完成，而使用 get(long timeout, TimeUnit unit) 方法則會阻塞一段時間後立即返回，這時有可能任務沒有執行完。

線程池本身的狀態

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volatile int runState;
static final int RUNNING = 0;   //運行狀態
static final int SHUTDOWN = 1;   //關閉狀態
static final int STOP = 2;       //停止
static final int TERMINATED = 3; //終止，終結

• 當創建線程池後，初始時，線程池處於 RUNNING 狀態；
• 如果調用了 shutdown() 方法，則線程池處於 SHUTDOWN 狀態，此時線程池不能夠接受新的任務，它會等待所有任務執行完畢，最後終止；
• 如果調用了 shutdownNow() 方法，則線程池處於 STOP 狀態，此時線程池不能接受新的任務，並且會去嘗試終止正在執行的任務，返回沒有執行的任務列表；
• 當線程池處於 SHUTDOWN 或 STOP 狀態，並且所有工作線程已經銷燬，任務緩存隊列已經清空或執行結束後，線程池被設置爲 TERMINATED 狀態。

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😄ForkJoinPool

ForkJoinPool 是jdk1.7新引入的線程池，基於 ForkJoin 框架，使用了“分治”的思想。關於ForkJoin框架參考另一篇筆記“Java併發之J.U.C”。

ThreadPoolExecutor 中每個任務都是由單個線程獨立處理的，如果出現一個非常耗時的大任務(比如大數組排序)，就可能出現線程池中只有一個線程在處理這個大任務，而其他線程卻空閒着，這會導致CPU負載不均衡：空閒的處理器無法幫助工作繁忙的處理器。

ForkJoinPool 就是用來解決這種問題的：將一個大任務拆分成多個小任務後，使用 fork 可以將小任務分發給其他線程同時處理，使用 join 可以將多個線程處理的結果進行彙總；這實際上就是分治思想的並行版本。

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😅ForkJoinPool 基本原理

ForkJoinPool 類是 Fork/Join 框架的核心，和 ThreadPoolExecutor 一樣它也是 ExecutorService 接口的實現類。

所以上面的線程池框架圖是比較老的了，新的框架圖如下圖所示：

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🎉最後

• 更多參考精彩博文請看這裏：《陳永佳的博客》

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