Executor框架

Java中将任务和调度分开。任务单元为Runnbale，而执行机制和任务调度由Executor框架提供。

在JVM线程模型中，java.lang.Thread与系统线程是一一对应的。Executor负责若干个任务映射成对应的Java线程，操作系统底层再调度系统线程。

1.Executor框架简介

框架主要包含三个部分：

• Runnable接口不会返回结果，而Callable可以返回结果。
• Executor接口创建线程执行任务。
• Future接口用于获取异步计算的结果。FutureTask实现类。

Executors是工厂类，用于创建两种类型的线程池：

2.ThreadPoolExecutor

下面介绍如下三种线程池：

FixedThreadPool：

• 线程数量：核心线程数、最大线程数都设置为固定值。
• 任务队列：使用无界队列，不存在拒绝任务的情况。存在任务过多内存移除的风险。

SingleThreadExecutor

• 线程数量：核心线程数、最大线程数都设置为1.
• 任务队列：使用无界队列。反复从任务队列取出并执行，因此任务执行是有序的。

CachedThreadPool

线程队列执行poll将空闲线程出队，如果60s内没有任务offer进来，那么该线程直接终止。

• 线程数量：核心线程数为0，最大线程数为MAX_VALUE。
• 任务队列：使用无容量的SynchronousQueue。必须等队列中的添加元素被消费后才能继续添加新的元素，否则会被阻塞。
• 适用于执行大量短期异步任务

3.ScheduledThreadPoolExecutor

可以延期执行任务，适用于多个后台线程执行周期任务。

每个任务对象ScheduledFutureTask主要几个成员变量：

• time：开始执行时刻
• period：任务执行的周期(过了多久要执行下一次)

任务队列使用DelayQueue，会根据任务的开始执行时刻进行优先级排序：

• 取出最早time的任务，并执行
• 修改time为下次执行的时间currentTime+period
• 放回任务队列中

4.FutureTask

注意：本身FutureTask并不是一个线程，需要启动一个新的线程执行。在另一个调用get()的线程才能被阻塞。

API用例

FutureTask提供了以下异步任务方法和API：

• FutureTask本身实现了Runnable接口，因此可以执行run方法执行任务。
• get()方法会阻塞“调用线程”，知道任务执行结束并返回结果。
• cancel()方法会导致任务永远不会被执行。

使用时创建FutureTask任务，并交给线程池或创建一个新线程来执行。通过get()方法阻塞当前线程获取结果。

FutureTask<Integer> future = new FutureTask<Integer>(new Job(20));
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
executorService.submit(future);
Integer integer = future.get();

源码解析

内部是通过AQS实现一个同步类Sync，通过sync来控制执行状态。

get()方法

通过awaitDone()方法阻塞线程：

• 自旋判断当前任务执行状态state，若执行完毕则直接返回结果。否则按序执行如下步骤：

• CAS向等待队列加入当前get调用的线程(创建WaitNode节点)，存在多个线程都调用get阻塞的情况。

• LockSupport.part阻塞当前线程

run()方法

执行完任务后，CAS修改线程状态，并最后通过finishCompletion()方法唤醒等待队列的线程：

• CAS获取waiters等待队列，并置为空。(实际上这里不需要多线程控制)
• 依次取出每个等待队列节点，并执行LockSupport.unpark唤醒线程。