Java 使用線程池執(zhí)行多個任務的示例

更新時間：2021年03月03日 10:59:47 作者：robothy

這篇文章主要介紹了Java 使用線程池執(zhí)行多個任務的示例，幫助大家更好的理解和學習使用Java，感興趣的朋友可以了解下

在執(zhí)行一系列帶有IO操作（例如下載文件），且互不相關的異步任務時，采用多線程可以很極大的提高運行效率。線程池包含了一系列的線程，并且可以管理這些線程。例如：創(chuàng)建線程，銷毀線程等。本文將介紹如何使用Java中的線程池執(zhí)行任務。

1 任務類型

在使用線程池執(zhí)行任務之前，我們弄清楚什么任務可以被線程池調用。按照任務是否有返回值可以將任務分為兩種，分別是實現(xiàn)Runnable的任務類（無參數(shù)無返回值）和實現(xiàn)Callable接口的任務類（無參數(shù)有返回值）。在打代碼時根據(jù)需求選擇對應的任務類型。

1.1 實現(xiàn)Runnable接口的類

多線程任務類型，首先自然想到的就是實現(xiàn) Runnable 接口的類，Runnable接口提供了一個抽象方法run，這個方法無參數(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 實現(xiàn)Callable接口的類

于Runnable一樣Callable也只有一個抽象方法，不過該抽象方法有返回值。在實現(xiàn)該接口的時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)量設置為n，則任何時刻該線程池最多只有n個線程處于運行狀態(tài)。當線程池中處于飽和運行狀態(tài)時，再往線程池中提交的任務會被放到執(zhí)行隊列中。如果線程池處于不飽和狀態(tài)，線程池也會一直存在，直到ExecuteService 的shutdown方法被調用，線程池才會被清除。

// 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個線程，隨著往池里不斷提交任務，如果線程池里面沒有閑置線程（0個線程也表示沒有閑置線程），則會創(chuàng)建新的線程，保證沒有任務在等待；如果有閑置線程，則復用閑置狀態(tài)線程執(zhí)行任務。處于閑置狀態(tài)的線程只會在線程池中緩存60秒，閑置時間達到60s的線程會被關閉并移出線程池。在處理大量短暫的（官方說法：short-lived）異步任務時可以顯著得提供程序性能。

//創(chuàng)建一個可緩存的線程池 
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只有1個，而且自始至終都只有1個（為什么說這句話，因為要和 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，但是每次只執(zhí)行1個，且任務是按順序執(zhí)行的。如果前面的任務出現(xiàn)了異常，當前線程會被銷毀，但1個新的線程會被創(chuàng)建用來執(zhí)行后面的任務。以上這些和線程數(shù)只有1個的線程Fixed Thread Pool一樣。兩者唯一不同的是， Executors.newFixedThreadPool(1) 可以在運行時修改它里面的線程數(shù)，而 Executors.newSingleThreadExecutor() 永遠只能有1個線程。

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

2.4 工作竊取線程池

扒開源碼，會發(fā)現(xiàn)工作竊取線程池本質是 ForkJoinPool ，這類線程池充分利用CPU多核處理任務，適合處理消耗CPU資源多的任務。它的線程數(shù)不固定，維護的任務隊列有多個，當一個任務隊列完成時，相應的線程會從其它的任務隊列中竊取任務執(zhí)行，這也意味著任務的開始執(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)建一個工作竊取線程池，使用CPU核數(shù)等于機器的CPU核數(shù)
ExecutorService executorService = Executors.newWorkStealingPool();

//創(chuàng)建一個工作竊取線程池，使用CPU 3 個核進行計算，工作竊取線程池不能設置線程數(shù)
ExecutorService executorService2 = Executors.newWorkStealingPool(3);

2.5 計劃任務線程池

計劃任務線程池可以按計劃執(zhí)行某些任務，例如：周期性的執(zhí)行某項任務。

// 獲取一個大小為2的計劃任務線程池
ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(2);
// 添加一個打印當前線程信息計劃任務，該任務在3秒后執(zhí)行
scheduledExecutorService.schedule(() -> { System.out.println(Thread.currentThread()); }, 3, TimeUnit.SECONDS);
// 添加一個打印當前線程信息計劃任務，該任務在2秒后首次執(zhí)行，之后每5秒執(zhí)行一次。如果任務執(zhí)行時間超過了5秒，則下一次將會在前一次執(zhí)行完成之后立即執(zhí)行
scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(() -> { System.out.println(Thread.currentThread()); }, 2, 5, TimeUnit.SECONDS);
// 添加一個打印當前線程信息計劃任務，該任務在2秒后首次執(zhí)行，之后每次在任務執(zhí)行之后5秒執(zhí)行下一次。
scheduledExecutorService.scheduleWithFixedDelay(() -> { System.out.println(Thread.currentThread()); }, 2, 5, TimeUnit.SECONDS);
// 逐個清除 idle 狀態(tài)的線程
scheduledExecutorService.shutdown();
// 阻塞，在線程池被關調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

前面提到，任務類型分為有返回值和無返回值的類型，這里的調用也分為有返回值調用和無返回值的調用。

3.1 無返回值任務的調用

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

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

//提交一個無返回值的任務（實現(xiàn)了Runnable接口）
executorService.submit(()->System.out.println("Hello"));

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

如果有一個任務集合，可以一個個提交。

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

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

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

3.2 有返回值任務的調用

有返回值的任務需要實現(xiàn)Callable接口，實現(xiàn)的時候在泛型位置指定返回值類型。在調用submit方法時會返回一個Future對象，通過Future的方法get()可以拿到返回值。這里需要注意的是，調用get()時代碼會阻塞，直到任務完成，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，ExecutorService除了可以逐個提交之外，還可以調用invokeAll一次性提交，invokeAll的內部實現(xiàn)其實就是用一個循環(huán)逐個提交任務。invokeAll返回的值是一個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)行若干個實現(xiàn)了Callable的任務，然后返回最先執(zhí)行結束的任務的值，其它未完成的任務將被正常取消掉不會有異常。如下代碼不會輸出“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源碼時發(fā)現(xiàn)它還提供了一個方法 <T> Future<T> submit(Runnable task, T result); ，可以通過這個方法提交一個實現(xiàn)了Runnable接口的任務，然后有返回值，而Runnable接口中的run方法時沒有返回值的。那它的返回值是哪來的呢？其實問題在于該submit方法后面的一個參數(shù)，這個參數(shù)值就是返回的值。調用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

4 小結

在利用多線程處理任務時，應該根據(jù)情況選擇合適的任務類型和線程池類型。如果無返回值，可以采用實現(xiàn)Runnable或Callable接口的任務；如果有返回值，應該使用實現(xiàn)Callable接口的任務，返回值通過Future的get方法取到。選用線程池時，如果只用1個線程，用單線程池或者容量為1的固定容量線程池；處理大量short-live任務是，使用可緩存的線程池；若要有計劃或者循環(huán)執(zhí)行某些任務，可以采用計劃任務線程池；如果任務需要消耗大量的CPU資源，應用工作竊取線程池。

以上就是Java 使用線程池執(zhí)行多個任務的示例的詳細內容，更多關于Java 線程池執(zhí)行任務的資料請關注腳本之家其它相關文章！

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