如何在Java項(xiàng)目中利用線程池執(zhí)行多個(gè)任務(wù)

如何在Java項(xiàng)目中利用線程池執(zhí)行多個(gè)任務(wù)？很多新手對(duì)此不是很清楚，為了幫助大家解決這個(gè)難題，下面小編將為大家詳細(xì)講解，有這方面需求的人可以來學(xué)習(xí)下，希望你能有所收獲。

Java可以用來干什么

Java主要應(yīng)用于：1. web開發(fā)；2. Android開發(fā)；3. 客戶端開發(fā)；4. 網(wǎng)頁開發(fā)；5. 企業(yè)級(jí)應(yīng)用開發(fā)；6. Java大數(shù)據(jù)開發(fā)；7.游戲開發(fā)等。

1 任務(wù)類型

在使用線程池執(zhí)行任務(wù)之前，我們弄清楚什么任務(wù)可以被線程池調(diào)用。按照任務(wù)是否有返回值可以將任務(wù)分為兩種，分別是實(shí)現(xiàn)Runnable的任務(wù)類（無參數(shù)無返回值）和實(shí)現(xiàn)Callable接口的任務(wù)類（無參數(shù)有返回值）。在打代碼時(shí)根據(jù)需求選擇對(duì)應(yīng)的任務(wù)類型。

1.1 實(shí)現(xiàn)Runnable接口的類

多線程任務(wù)類型，首先自然想到的就是實(shí)現(xiàn) Runnable 接口的類，Runnable接口提供了一個(gè)抽象方法run，這個(gè)方法無參數(shù)，無返回值。例如：

Runnable task = new Runnable() {
  @Override
  public void run() {
    System.out.println("Execute task.");
  }
};

或者Java 8 及以上版本更簡單的寫法：

Runnable task = ()->{
  System.out.println("Execute task.");
};

1.2 實(shí)現(xiàn)Callable接口的類

于Runnable一樣Callable也只有一個(gè)抽象方法，不過該抽象方法有返回值。在實(shí)現(xiàn)該接口的時(shí)候需要制定返回值的類型。例如：

Callable<String> callableTask = ()-> "finished";

2 線程池類型

java.util.concurrent.Executors 提供了一系列靜態(tài)方法來創(chuàng)建各種線程池。下面例舉出了主要的一些線程池及特性，其它未例舉線程池的特性可由下面這些推導(dǎo)出來。

2.1 線程數(shù)固定的線程池 Fixed Thread Pool

顧名思義，這種類型線程池線程數(shù)量是固定的。如果線程數(shù)量設(shè)置為n，則任何時(shí)刻該線程池最多只有n個(gè)線程處于運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)線程池中處于飽和運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，再往線程池中提交的任務(wù)會(huì)被放到執(zhí)行隊(duì)列中。如果線程池處于不飽和狀態(tài)，線程池也會(huì)一直存在，直到ExecuteService 的shutdown方法被調(diào)用，線程池才會(huì)被清除。

// 創(chuàng)建線程數(shù)量為5的線程池。
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);

2.2 可緩存的線程池 Cached Thread Pool

這種類型的線程池初始大小為0個(gè)線程，隨著往池里不斷提交任務(wù)，如果線程池里面沒有閑置線程（0個(gè)線程也表示沒有閑置線程），則會(huì)創(chuàng)建新的線程，保證沒有任務(wù)在等待；如果有閑置線程，則復(fù)用閑置狀態(tài)線程執(zhí)行任務(wù)。處于閑置狀態(tài)的線程只會(huì)在線程池中緩存60秒，閑置時(shí)間達(dá)到60s的線程會(huì)被關(guān)閉并移出線程池。在處理大量短暫的（官方說法：short-lived）異步任務(wù)時(shí)可以顯著得提供程序性能。

//創(chuàng)建一個(gè)可緩存的線程池 
ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

2.3 單線程池

這或許不能叫線程池了，由于它里面的線程永遠(yuǎn)只有1個(gè)，而且自始至終都只有1個(gè)（為什么說這句話，因?yàn)橐?nbsp;Executors.newFixedThreadPool(1) 區(qū)別開來），所以還是叫它“單線程池把”。你盡可以往單線程池中添加任務(wù)，但是每次只執(zhí)行1個(gè)，且任務(wù)是按順序執(zhí)行的。如果前面的任務(wù)出現(xiàn)了異常，當(dāng)前線程會(huì)被銷毀，但1個(gè)新的線程會(huì)被創(chuàng)建用來執(zhí)行后面的任務(wù)。以上這些和線程數(shù)只有1個(gè)的線程Fixed Thread Pool一樣。兩者唯一不同的是， Executors.newFixedThreadPool(1) 可以在運(yùn)行時(shí)修改它里面的線程數(shù)，而 Executors.newSingleThreadExecutor() 永遠(yuǎn)只能有1個(gè)線程。

//創(chuàng)建一個(gè)單線程池
ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

2.4 工作竊取線程池

扒開源碼，會(huì)發(fā)現(xiàn)工作竊取線程池本質(zhì)是 ForkJoinPool ，這類線程池充分利用CPU多核處理任務(wù)，適合處理消耗CPU資源多的任務(wù)。它的線程數(shù)不固定，維護(hù)的任務(wù)隊(duì)列有多個(gè)，當(dāng)一個(gè)任務(wù)隊(duì)列完成時(shí)，相應(yīng)的線程會(huì)從其它的任務(wù)隊(duì)列中竊取任務(wù)執(zhí)行，這也意味著任務(wù)的開始執(zhí)行順序并和提交順序相同。如果有更高的需求，可以直接通過ForkJoinPool獲取線程池。

//創(chuàng)建一個(gè)工作竊取線程池，使用CPU核數(shù)等于機(jī)器的CPU核數(shù)
ExecutorService executorService = Executors.newWorkStealingPool();

//創(chuàng)建一個(gè)工作竊取線程池，使用CPU 3 個(gè)核進(jìn)行計(jì)算，工作竊取線程池不能設(shè)置線程數(shù)
ExecutorService executorService2 = Executors.newWorkStealingPool(3);

2.5 計(jì)劃任務(wù)線程池

計(jì)劃任務(wù)線程池可以按計(jì)劃執(zhí)行某些任務(wù)，例如：周期性的執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)。

// 獲取一個(gè)大小為2的計(jì)劃任務(wù)線程池
ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(2);
// 添加一個(gè)打印當(dāng)前線程信息計(jì)劃任務(wù)，該任務(wù)在3秒后執(zhí)行
scheduledExecutorService.schedule(() -> { System.out.println(Thread.currentThread()); }, 3, TimeUnit.SECONDS);
// 添加一個(gè)打印當(dāng)前線程信息計(jì)劃任務(wù)，該任務(wù)在2秒后首次執(zhí)行，之后每5秒執(zhí)行一次。如果任務(wù)執(zhí)行時(shí)間超過了5秒，則下一次將會(huì)在前一次執(zhí)行完成之后立即執(zhí)行
scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(() -> { System.out.println(Thread.currentThread()); }, 2, 5, TimeUnit.SECONDS);
// 添加一個(gè)打印當(dāng)前線程信息計(jì)劃任務(wù)，該任務(wù)在2秒后首次執(zhí)行，之后每次在任務(wù)執(zhí)行之后5秒執(zhí)行下一次。
scheduledExecutorService.scheduleWithFixedDelay(() -> { System.out.println(Thread.currentThread()); }, 2, 5, TimeUnit.SECONDS);
// 逐個(gè)清除 idle 狀態(tài)的線程
scheduledExecutorService.shutdown();
// 阻塞，在線程池被關(guān)調(diào)之前代碼不再往下走
scheduledExecutorService.awaitTermination(Long.MAX_VALUE, TimeUnit.SECONDS);

3 使用線程池執(zhí)行任務(wù)

前面提到，任務(wù)類型分為有返回值和無返回值的類型，這里的調(diào)用也分為有返回值調(diào)用和無返回值的調(diào)用。

3.1 無返回值任務(wù)的調(diào)用

如果是無返回值任務(wù)的調(diào)用，可以用execute或者submit方法，這種情況下二者本質(zhì)上一樣。為了于有返回值任務(wù)調(diào)用保持統(tǒng)一，建議采用submit方法。

//創(chuàng)建一個(gè)線程池
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);

//提交一個(gè)無返回值的任務(wù)（實(shí)現(xiàn)了Runnable接口）
executorService.submit(()->System.out.println("Hello"));

executorService.shutdown();
executorService.awaitTermination(Long.MAX_VALUE, TimeUnit.SECONDS);

如果有一個(gè)任務(wù)集合，可以一個(gè)個(gè)提交。

//創(chuàng)建一個(gè)線程池
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
List<Runnable> tasks = Arrays.asList(
    ()->System.out.println("Hello"),
    ()->System.out.println("World"));

//逐個(gè)提交任務(wù)
tasks.forEach(executorService::submit);

executorService.shutdown();
executorService.awaitTermination(Long.MAX_VALUE, TimeUnit.SECONDS);

3.2 有返回值任務(wù)的調(diào)用

有返回值的任務(wù)需要實(shí)現(xiàn)Callable接口，實(shí)現(xiàn)的時(shí)候在泛型位置指定返回值類型。在調(diào)用submit方法時(shí)會(huì)返回一個(gè)Future對(duì)象，通過Future的方法get()可以拿到返回值。這里需要注意的是，調(diào)用get()時(shí)代碼會(huì)阻塞，直到任務(wù)完成，有返回值。

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
Future<String> future = executorService.submit(()->"Hello");
System.out.println(future.isDone());//false
String value = future.get();
System.out.println(future.isDone());//true
System.out.println(value);//Hello

如果要提交一批任務(wù)，ExecutorService除了可以逐個(gè)提交之外，還可以調(diào)用invokeAll一次性提交，invokeAll的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)其實(shí)就是用一個(gè)循環(huán)逐個(gè)提交任務(wù)。invokeAll返回的值是一個(gè)Future List。

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
List<Callable<String>> tasks = Arrays.asList(()->"Hello", ()->"World");
List<Future<String>> futures = executorService.invokeAll(tasks);

invokeAny方法也很有用，線程池執(zhí)行若干個(gè)實(shí)現(xiàn)了Callable的任務(wù)，然后返回最先執(zhí)行結(jié)束的任務(wù)的值，其它未完成的任務(wù)將被正常取消掉不會(huì)有異常。如下代碼不會(huì)輸出“Hello”

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
List<Callable<String>> tasks = Arrays.asList(
    () -> {
      Thread.sleep(500L);
      System.out.println("Hello");
      return "Hello";
    }, () -> {
      System.out.println("World");
      return "World";
    });
String s = executorService.invokeAny(tasks);
System.out.println(s);//World

輸出：

World
World

另外，在查看ExecutorService源碼時(shí)發(fā)現(xiàn)它還提供了一個(gè)方法 <T> Future<T> submit(Runnable task, T result); ，可以通過這個(gè)方法提交一個(gè)實(shí)現(xiàn)了Runnable接口的任務(wù)，然后有返回值，而Runnable接口中的run方法時(shí)沒有返回值的。那它的返回值是哪來的呢？其實(shí)問題在于該submit方法后面的一個(gè)參數(shù)，這個(gè)參數(shù)值就是返回的值。調(diào)用submit方法之后，有一通操作，然后直接把result參數(shù)返回了。

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);
Future<String> future = executorService.submit(() -> System.out.println("Hello"), "World");
System.out.println(future.get());//輸出：World

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