Java并发中的执行器Executor/ExecutorService和ExecutorCompletionService | 三石·道

飞起来的感觉 2014-03-07

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上篇文章讲到了Callable和Futre，这篇文章接着来说说执行器相关的接口和类。在JavaSE5之后，在API的java.util.concurrent包中给出了Executor这样一个接口。因为在Java7之前，JDK中这个接口最终都是以一个线程池ThreadPool的方式实现的，所以很多人也直接叫“线程池”。除了ThreadPool之外，还有ForkJoinPool实现，本文中，我们不妨直接翻译Executor为执行器。

Executor本身只是个接口，但和这个概念相关有很多类：包括Executor本身、ExecutorService、AbstractExecutorService、提供诸多静态方法的工具类Executors和相关的ExecutorCompletionService类，下面会对这些接口和类一一整理。除此之外，还有刚刚提到的ThreadPoolExecutor和ForkJoinPool，这两个类后面我们再说。

0. 综述和类层次结构

JavaSE5之后的任务执行器Executor实际上取代了Java并发开发中直接使用Thread对象的操作，以Command Pattern（命令模式）的设计模式实现，成为Java并发开发的主角。

在eclipse中的Type Hierarchy View中可以看到执行器类的层次结构如下：

Executor是最为抽象的接口，ExecutorService继而扩展了Executor， AbstractExecutorService 则给出了抽象的实现。

1. Executor

先看java.util.concurrent.Executor这个接口：

public interface Executor {

void execute(Runnable command);

}

同Runnable和Callable一样简洁，只有一个方法。注意execute()这个方法只允许有一个Runnable参数，也就意味着想用前文中的Callable，需要做适配工作。

2. ExecutorService

java.util.concurrent.ExecutorService也是一个接口，扩展了Executor，提供了更为丰富的方法。

public interface ExecutorService extends Executor {

void shutdown();

List shutdownNow();

boolean isShutdown();

boolean isTerminated();

boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)

throws InterruptedException;

Future submit(Callable task);

Future submit(Runnable task, T result);

Future<?> submit(Runnable task);

List<Future> invokeAll(Collection<? extends Callable> tasks)

throws InterruptedException;

List<Future> invokeAll(Collection<? extends Callable> tasks,

long timeout, TimeUnit unit)

throws InterruptedException;

T invokeAny(Collection<? extends Callable> tasks)

throws InterruptedException, ExecutionException;

T invokeAny(Collection<? extends Callable> tasks,

long timeout, TimeUnit unit)

throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;

}

一共12个方法，其中一部分是和执行器生命周期相关的方法，而另一部分则是以各种方式提交要执行的任务的方法。像submit()就是提交任务的一个方法，在实现中做了适配的工作，无论参数是Runnable还是Callable，执行器都会正确执行。当然，这实际上用到的是前文提过的RunnableFuture的实现类FutureTask。

3. AbstractExecutorService

java.util.concurrent.AbstractExecutorService这个类是ExecutorService的一个抽象实现。其中，提交任务的各类方法已经给出了十分完整的实现。之所以抽象，是因为和执行器本身生命周期相关的方法，在此类中并未给出任何实现，需要子类扩展完善。

4. Executors
这个类同Arrays和Collections很类似，java.util.concurrent.Executors是个工具类，提供了很多静态的工具方法。其中很多对于执行器来说就是初始化构建用的工厂方法。其中部分方法名整理成如下列表：

重载实现的newFixedThreadPool()
重载实现的newSingleThreadExecutor()
重载实现的newCachedThreadPool()
重载实现的newSingleThreadScheduledExecutor()
重载实现的newScheduledThreadPool()

这些方法返回的ExecutorService对象最终都是由ThreadPoolExecutor实现的，根据不同的需求以不同的参数配置，或经过其它类包装。其中，Executors中的一些内部类就是用来做包装用的。

Executors还提供了这样两个静态重载的方法:

1 2	`public` `static` `ExecutorService unconfigurableExecutorService(ExecutorService executor);` `public` `static` `ScheduledExecutorService unconfigurableScheduledExecutorService(ScheduledExecutorService executor);`

这两个方法对参数中的executor做了包装，保证了Executor在初始化构造后不再可配置。

此外，Executors类中还有静态的defaultThreadFactory()方法，免去了自己构造ThreadFactory或是需要线程时对Thread类的new操作。

关于更多Executors类中工具方法的使用，还是建议去看API JavaDoc和JDK源码。

5. ExecutorCompletionService

前一篇文章提过了CompletionService这个接口，和执行器相关的，java.util.concurrent中提供了这个接口的一个实现，就是ExecutorCompletionService。

这个实现类主要做的就是将执行完成的任务结果放到阻塞队列中，这样等待结果的线程，如执行take()方法会得到结果并恢复执行。

ExecutorCompletionService有3个属性：