ExecutorService、Callable、Future

Dear 丶 2022-08-09 00:45 223阅读 0赞

在Java中，如果需要设定代码执行的最长时间，即超时，可以用Java线程池ExecutorService类配合Future接口来实现。 Future接口是Java标准API的一部分，在java.util.concurrent包中。Future接口是Java线程Future模式的实现，可以来进行异步计算。  
      
    Future模式可以这样来描述：我有一个任务，提交给了Future，Future替我完成这个任务。期间我自己可以去做任何想做的事情。一段时间之后，我就便可以从Future那儿取出结果。就相当于下了一张订货单，一段时间后可以拿着提订单来提货，这期间可以干别的任何事情。其中Future 接口就是订货单，真正处理订单的是Executor类，它根据Future接口的要求来生产产品。  
  
    Future接口提供方法来检测任务是否被执行完，等待任务执行完获得结果，也可以设置任务执行的超时时间。这个设置超时的方法就是实现Java程序执行超时的关键。  
  
    Future接口是一个泛型接口，严格的格式应该是Future<V>，其中V代表了Future执行的任务返回值的类型。 Future<V>代表一个异步执行的操作，通过get()方法可以获得操作的结果，如果异步操作还没有完成，则，get()会使当前线程阻塞。FutureTask<V>实现了Future<V>和Runable<V>。Callable代表一个有返回值得操作。  
  
    Executors类，提供了一系列工厂方法用于创先线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService接口。  
    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)  
    创建固定数目线程的线程池。  
    public static ExecutorService newCachedThreadPool()  
    创建一个可缓存的线程池，调用execute 将重用以前构造的线程（如果线程可用）。如果现有线程没有可用的，则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。  
    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()  
    创建一个单线程化的Executor。  
    public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)  
    创建一个支持定时及周期性的任务执行的线程池，多数情况下可用来替代Timer类。  
      
    下面看3个小例子：  
    例1：

package com.paincupid.springmvc;
    
    import java.util.concurrent.*;
    import java.util.Date;
    import java.util.List;
    import java.util.ArrayList;
    
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public class Test {
    	public static void main(String[] args) throws ExecutionException,
    			InterruptedException {
    		System.out.println("----程序开始运行----");
    		Date date1 = new Date();
    		int taskSize = 5;
    		// 创建一个线程池
    		ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);
    		// 创建多个有返回值的任务
    		List<Future> list = new ArrayList<Future>();
    		for (int i = 0; i < taskSize; i++) {
    			Callable c = new MyCallable(i + " ");
    			// 执行任务并获取Future对象
    			Future f = pool.submit(c);
    			list.add(f);
    		}
    		// 关闭线程池
    		pool.shutdown();
    
    		// 获取所有并发任务的运行结果
    		for (Future f : list) {
    			// 从Future对象上获取任务的返回值，并输出到控制台
    			System.out.println(">>>" + f.get().toString());
    		}
    
    		Date date2 = new Date();
    		System.out.println("----程序结束运行----，程序运行时间【"
    				+ (date2.getTime() - date1.getTime()) + "毫秒】");
    	}
    }
    
    class MyCallable implements Callable {
    	private String taskNum;
    
    	MyCallable(String taskNum) {
    		this.taskNum = taskNum;
    	}
    
    	public Object call() throws Exception {
    		System.out.println(">>>" + taskNum + "任务启动");
    		Date dateTmp1 = new Date();
    		Thread.sleep(1000);
    		Date dateTmp2 = new Date();
    		long time = dateTmp2.getTime() - dateTmp1.getTime();
    		System.out.println(">>>" + taskNum + "任务终止");
    		return taskNum + "任务返回运行结果,当前任务时间【" + time + "毫秒】";
    	}
    }

例2：

package com.paincupid.springmvc;
    
    import java.util.ArrayList;  
    import java.util.List;  
    import java.util.concurrent.Callable;  
    import java.util.concurrent.ExecutionException;  
    import java.util.concurrent.ExecutorService;  
    import java.util.concurrent.Executors;  
    import java.util.concurrent.Future;  
    import java.util.concurrent.FutureTask;  
     /**
      * 
      * @author paincupid
      *	 本例原文，推荐地址：http://www.iteye.com/topic/366591
      */
    public class ConcurrentCalculator {  
      
        private ExecutorService exec;  
        private int cpuCoreNumber;  
        private List<Future<Long>> tasks = new ArrayList<Future<Long>>();  
      
        // 内部类  
        class SumCalculator implements Callable<Long> {  
            private int[] numbers;  
            private int start;  
            private int end;  
      
            public SumCalculator(final int[] numbers, int start, int end) {  
                this.numbers = numbers;  
                this.start = start;  
                this.end = end;  
            }  
      
            public Long call() throws Exception {  
                Long sum = 0l;  
                for (int i = start; i < end; i++) {  
                    sum += numbers[i];  
                }  
                return sum;  
            }  
        }  
      
        public ConcurrentCalculator() {  
            cpuCoreNumber = Runtime.getRuntime().availableProcessors();  
            exec = Executors.newFixedThreadPool(cpuCoreNumber);  
        }  
      
        public Long sum(final int[] numbers) {  
            // 根据CPU核心个数拆分任务，创建FutureTask并提交到Executor  
            for (int i = 0; i < cpuCoreNumber; i++) {  
                int increment = numbers.length / cpuCoreNumber + 1;  
                int start = increment * i;  
                int end = increment * i + increment;  
                if (end > numbers.length)  
                    end = numbers.length;  
                SumCalculator subCalc = new SumCalculator(numbers, start, end);  
                FutureTask<Long> task = new FutureTask<Long>(subCalc);  
                tasks.add(task);  
                if (!exec.isShutdown()) {  
                    exec.submit(task);  
                }  
            }  
            return getResult();  
        }  
      
        /** 
         * 迭代每个只任务，获得部分和，相加返回 
         *  
         * @return 
         */  
        public Long getResult() {  
            Long result = 0l;  
            for (Future<Long> task : tasks) {  
                try {  
                    // 如果计算未完成则阻塞  
                    Long subSum = task.get();  
                    result += subSum;  
                } catch (InterruptedException e) {  
                    e.printStackTrace();  
                } catch (ExecutionException e) {  
                    e.printStackTrace();  
                }  
            }  
            return result;  
        }  
      
        public void close() {  
            exec.shutdown();  
        }  
        public static void main(String[] args) throws ExecutionException,InterruptedException {
            int[] numbers = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11 };  
            ConcurrentCalculator calc = new ConcurrentCalculator();  
            Long sum = calc.sum(numbers);  
            System.out.println(sum);  
            calc.close();  
        }
    }

在刚在的例子中，getResult()方法的实现过程中，迭代了FutureTask的数组，如果任务还没有完成则当前线程会阻塞，如果我们希望任意字任务完成后就把其结果加到result中，而不用依次等待每个任务完成，可以使CompletionService。生产者submit()执行的任务。使用者take()已完成的任务，并按照完成这些任务的顺序处理它们的结果 。也就是调用CompletionService的take方法是，会返回按完成顺序放回任务的结果，CompletionService内部维护了一个阻塞队列BlockingQueue，如果没有任务完成，take()方法也会阻塞。修改刚才的例子使用CompletionService：  
    例3：

package com.paincupid.springmvc;
    
    import java.util.concurrent.Callable;
    import java.util.concurrent.CompletionService;
    import java.util.concurrent.ExecutionException;
    import java.util.concurrent.ExecutorCompletionService;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    
    public class ConcurrentCalculator2 {  
        
        private ExecutorService exec;  
        private CompletionService<Long> completionService;  
      
      
        private int cpuCoreNumber;  
      
        // 内部类  
        class SumCalculator implements Callable<Long> {  
        	private int[] numbers;  
            private int start;  
            private int end;  
      
            public SumCalculator(final int[] numbers, int start, int end) {  
                this.numbers = numbers;  
                this.start = start;  
                this.end = end;  
            }  
      
            public Long call() throws Exception {  
                Long sum = 0l;  
                for (int i = start; i < end; i++) {  
                    sum += numbers[i];  
                }  
                return sum;  
            }  
        }  
      
        public ConcurrentCalculator2() {  
            cpuCoreNumber = Runtime.getRuntime().availableProcessors();  
            exec = Executors.newFixedThreadPool(cpuCoreNumber);  
            completionService = new ExecutorCompletionService<Long>(exec);  
      
      
        }  
      
        public Long sum(final int[] numbers) {  
            // 根据CPU核心个数拆分任务，创建FutureTask并提交到Executor  
            for (int i = 0; i < cpuCoreNumber; i++) {  
                int increment = numbers.length / cpuCoreNumber + 1;  
                int start = increment * i;  
                int end = increment * i + increment;  
                if (end > numbers.length)  
                    end = numbers.length;  
                SumCalculator subCalc = new SumCalculator(numbers, start, end);   
                if (!exec.isShutdown()) {  
                    completionService.submit(subCalc);  
      
      
                }  
                  
            }  
            return getResult();  
        }  
      
        /** 
         * 迭代每个只任务，获得部分和，相加返回 
         *  
         * @return 
         */  
        public Long getResult() {  
            Long result = 0l;  
            for (int i = 0; i < cpuCoreNumber; i++) {              
                try {  
                    Long subSum = completionService.take().get();  
                    result += subSum;             
                } catch (InterruptedException e) {  
                    e.printStackTrace();  
                } catch (ExecutionException e) {  
                    e.printStackTrace();  
                }  
            }  
            return result;  
        }  
      
        public void close() {  
            exec.shutdown();  
        }  
        public static void main(String[] args) throws ExecutionException,InterruptedException {
            int[] numbers = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11 };  
            ConcurrentCalculator calc = new ConcurrentCalculator();  
            Long sum = calc.sum(numbers);  
            System.out.println(sum);  
            calc.close();  
        }
    }

最后附上类图关系：

![20150929000535798][]

[20150929000535798]: /images/20220731/eb9b012fbc4d46798e23511145fa7719.png