線程池原理（一）：基本框架

現代機器CPU基本都是多核系統，利用多線程可以明顯提高系統的效率，但是如果不控制線程的使用，會給系統帶來嚴重的後果，因此，JDK提供了線程池供我們使用。有了線程池，每到達一個任務，從線程池調度一個空閒的線程來執行任務，避免了每次都要去創建線程帶來的開銷。

基本框架

上圖是JAVA線程池的基本框架，整個線程池基本上是根據這些類來設計的。

1. Executor

Executor是執行者的意思，JAVA線程池中一個核心思想就是將任務執行和任務提交解耦。執行者可以創建一個新的線程、通過線程池或者執行者本身來執行提交的任務。

以下是Executor接口的源碼：

public interface Executor {
    //執行指定的任務，不一定在Executor本身所在的線程執行該任務，也可以通過新的線程或者線程池來執行。
    //事實上，大部分情況都應該通過新的線程或者線程池執行該任務
    void execute(Runnable command);
}

2. ExecutorService

ExecutorService是執行者服務，實現了Executor接口，主要提供了兩類方法：

• 終止線程的方法
• 能夠獲取任務執行結果的執行方法

以下是ExecutorService接口的源碼：

public interface ExecutorService extends Executor {
    /**
    * 啓動一次順序關閉，執行已經提交的任務，但不接受新的任務
    */
    void shutdown();

    /**
    * 嘗試終止正在執行的任務，終止正在等待的任務，返回正在等待執行的任務列表
    * 沒有辦法保證能夠停止正在運行的任務，如果線程不響應中斷的話，這些線程可能永遠不會終止
    */
    List<Runnable> shutdownNow();

    //返回該執行者是否已經關閉
    boolean isShutdown();

    //如果關閉後所有任務都已完成，返回true
    //只有先調用shotdown或shutdownNow，該方法纔可能返回true
    boolean isTerminated();

    //收到shutdown請求後，該執行者阻塞，直到任務完成或者超時或者當前線程被中斷
    //如果該執行者正常終止返回true，如果超時返回false
    //如果線程被中斷，拋出中斷異常
    boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;

    /**
    * 提交一個有返回值的任務，返回一個帶有任務執行結果的對象
    * 任務執行結果Future的get方法會阻塞，直到該任務執行完成
    * 如果執行者不能調度執行該任務，拋出拒絕執行異常
    */
    <T> Future<T> submit(Callable<T> task);

    /**
    * 該方法和上面的方法類似，因爲Runnable是沒有返回值的，因此這裏加了另一個參數result
    * 表示任務的返回結果
    */
    <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);

    /**
    * 提交一個沒有返回值的任務，返回代表任務返回結果的Future對象
    */
    Future<?> submit(Runnable task);

    //執行任務列表，返回任務的執行結果列表，返回任務結果的順序和執行任務的順序一致
    <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
        throws InterruptedException;

    //執行帶超時時間的任務列表，返回任務執行結果，如果任務超時，執行結果就是未完成
    <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                                  long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;

    //執行給定的任務列表，返回其中一個已經完成的任務結果
    //如果沒有任務完成，拋出執行異常
    <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
        throws InterruptedException, ExecutionException;

    //執行給定的任務，如果在超時時間內某個任務已經成功完成，則返回該結果
    <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                    long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

3. AbstractExecutorService

該類實現了ExecutorService接口，爲線程池提供了默認實現，是線程池的基礎骨架。

4. ThreadPoolExecutor

該類就是JAVA的線程池，繼承了AbstractExecutorService。後面會專門解釋該類，現在暫時不說明。

5. ScheduledExecutorService

該接口提供了延時和週期性的任務執行功能。後面會專門說明。

6. ScheduledThreadPoolExecutor

帶延時和週期性任務執行的線程池。後面會專門說明。

7. Executors

線程池的靜態工廠，通過該靜態工廠返回常用的線程池。後面會專門說明。