接口和抽象类总览
在深入探讨Java中的线程池之前，先来了解为什么需要线程池以及它的核心组件：接口和抽象类。线程池是多线程编程的关键，它能有效管理和复用线程，降低系统开销，提高性能。在Java的java.util.concurrent包中，有几个重要的接口和抽象类构成了线程池的架构。 首先，Executor接口是最基础的线程执行接口，它将任务提交和任务如何运行的细节解耦。ExecutorService接口继承了Executor，并增加了生命周期管理和任务跟踪的方法。AbstractExecutorService是一个抽象类，提供了ExecutorService接口的默认实现。最后，ScheduledExecutorService接口扩展了ExecutorService，加入了定时和周期任务的调度能力。 这些顶层接口和抽象类的设计提供了线程池高度的抽象和灵活性，允许开发者定制和扩展以适应不同的场景需求。
public interface Executor {
void execute(Runnable command);
}
public interface ExecutorService extends Executor {
// 方法说明...
}
public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService {
// 默认方法实现...
}
public interface ScheduledExecutorService extends ExecutorService {
// 定时任务方法...
}
通过上述接口和抽象类的简单概览，我们可以看到Java线程池设计的层次结构是如何简化任务执行过程的同时，提供丰富的管理功能和灵活性的。接下来，我们将深入每个接口和抽象类的具体内容。
Executor接口
Executor是一个顶层接口，在Java线程池框架中起着至关重要的作用。要理解它的重要性，首先需要从它的设计理念谈起。Executor的核心理念是提供了一种将任务提交与任务执行过程解耦的方式。通过使用Executor,开发者不需要直接与线程对象打交道，只需定义任务并提交给Executor。
public interface Executor {
void execute(Runnable command);
}
此接口定义了一个单独的execute方法，它接受一个Runnable对象作为参数。这个Runnable实际上就代表着一个要执行的任务。 举一个Executor使用的简单例子，比如执行一个简单的打印任务：
Executor executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
executor.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("Hello from Executor");
}
});
在这个例子中，我们通过Executors工厂方法创建了一个单线程的Executor。然后调用execute方法提交了一个打印"Hello from Executor"的任务。 实际上，当我们在提交任务给Executor时，究竟是立即执行还是等待某些条件，这完全取决于Executor的具体实现。这就为使用Executor的程序提供了极大的灵活性和可扩展性。 Executor接口虽然功能简单，但它是实现线程池管理的基础，因为它定义了最核心的任务执行行为。其他接口如ExecutorService，和类如ThreadPoolExecutor，都是在这个基础上进行拓展，增加了更多复杂的功能，如生命周期管理、任务跟踪等。
ExecutorService接口
ExecutorService是Executor的一个子接口，它是线程池的核心接口之一。它不仅继承了Executor接口的execute方法，而且增加了对线程池生命周期的管理，以及对任务执行状态的跟踪和管理。这些功能使得ExecutorService成为一个功能丰富的线程池管理接口。
public interface ExecutorService extends Executor {
void shutdown();
List<Runnable> shutdownNow();
boolean isShutdown();
boolean isTerminated();
boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
// 其他相关方法...
}
核心方法解析
- shutdown()：平滑地关闭ExecutorService，不再接受新任务，同时等待已提交的任务完成。
- shutdownNow()：尝试立即关闭ExecutorService，停止所有正在执行的任务，返回队列中等待的任务列表。
- isShutdown()：检查ExecutorService是否已经关闭。
- isTerminated()：检查所有任务是否都已完成，通常在shutdown()之后调用。
- awaitTermination()：请求阻塞等待一定时间，直到所有任务完成执行，或者达到超时时间，或线程被中断。
- submit()：提交一个返回值的任务用于执行，返回一个代表任务的Future。
其中，submit方法是一个非常强大的功能扩展。它不仅能提交Runnable任务，还能提交返回结果的Callable任务，并且能返回一个Future对象，用于跟踪任务的状态和获取最终结果。
ExecutorService的使用示例
让我们来看一个ExecutorService提交任务的示例：
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
Future<String> future = executorService.submit(new Callable<String>() {
@Override
public String call() throws Exception {
return "Result from Callable";
}
});
try {
// 获取任务执行结果，如果任务结束
String result = future.get();
System.out.println(result);
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
// 最后关闭线程池，启动其关闭序列
executorService.shutdown();
在这个例子中，我们创建了一个具有10个工作线程的固定线程池，然后提交了一个Callable任务，从中获取了一个Future对象。通过Future.get方法可以获取任务执行的结果。最后调用shutdown()方法平滑关闭线程池。 ExecutorService的实际用途远比这个简单的例子要丰富，其中很多高级功能，例如任务结果合并、批量提交和执行控制，都是基于ExecutorService接口的。
AbstractExecutorService抽象类
AbstractExecutorService是一个提供了ExecutorService大部分方法默认实现的抽象类。这个抽象类作了很多基础性的工作，为具体的线程池实现类如ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor奠定了基础。它确保了所有的ExecutorService实现都能遵循一定的规范。 让我们来深入其中的一些关键部分：
public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService {
// 一些核心方法的默认实现...
}
核心方法实现
AbstractExecutorService提供了对于submit, invokeAny, invokeAll等方法的基本实现。这些方法内部都依赖于核心的execute方法提供的执行策略。也就是说，AbstractExecutorService并没有定义如何具体执行任务，这需要由继承了AbstractExecutorService的具体实现类来定义。 例如，submit方法的实现如下：
public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
if (task == null) throw new NullPointerException();
RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
execute(ftask);
return ftask;
}
在这个方法中，newTaskFor是一个返回RunnableFuture的方法，这个RunnableFuture本身就是Runnable同时也是Future，这样它就既能被执行，也能返回结果。这个方法实际上构建了任务执行与结果回收的桥梁。
工作机制理解
AbstractExecutorService的关键在于它如何将Callable和Runnable任务封装成FutureTask，以及如何管理这些任务的生命周期。FutureTask提供了一种在任务执行完成后可以安全地获取结果的方式。 来看一个基于AbstractExecutorService的使用示例：
public class CustomThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
// 实现所有抽象方法...
}
CustomThreadPoolExecutor pool = new CustomThreadPoolExecutor();
// 提交任务、关闭线程池等操作...
在这个例子中，假设我们有一个CustomThreadPoolExecutor类，它继承了AbstractExecutorService。这意味着我们可以复用AbstractExecutorService中提供的很多默认实现，同时根据需求来实现或重写其他方法。 通过扩展AbstractExecutorService，开发人员可以更加灵活地实现自己的线程池管理逻辑，不必从头开始编写所有的管理和调度代码。同时，这也促进了线程池实现之间的一致性和可互操作性。
ScheduledExecutorService接口
ScheduledExecutorService接口是ExecutorService的一个子接口，专门用于执行那些需要延迟执行或者周期性执行的任务。它扩展了ExecutorService，增加了对任务调度能力的支持。
public interface ScheduledExecutorService extends ExecutorService {
public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit);
public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable, long delay, TimeUnit unit);
public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit);
public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay, TimeUnit unit);
// 其他相关方法...
}
核心方法解析
- schedule(Runnable, long, TimeUnit)：安排指定延迟后执行命令。
- schedule(Callable<V>, long, TimeUnit)：安排在将来某个时间执行并且有返回值的任务。
- scheduleAtFixedRate(Runnable, long, long, TimeUnit)：安排任务以固定频率执行，不考虑任务的执行时间。
- scheduleWithFixedDelay(Runnable, long, long, TimeUnit)：安排任务以固定延迟执行，考虑了任务的执行时间。
定时任务的调度与执行
ScheduledExecutorService允许开发者精确控制任务的执行时间和频率。安排定时任务对于需要定时清理资源，周期性执行检查，或者定时触发事件的应用来说，是非常有价值的。 例如，我们来看一个每10秒钟打印一次时间的定时任务：
ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);
Runnable task = new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("Current time: " + System.currentTimeMillis());
}
};
// 5秒后开始执行任务，并每10秒执行一次
scheduler.scheduleAtFixedRate(task, 5, 10, TimeUnit.SECONDS);
在以上代码中，我们首先创建了一个ScheduledExecutorService, 然后定义了一个周期性执行的任务。该任务在任务被提交后的5秒钟开始执行，然后每隔10秒钟执行一次。 这种调度任务的能力是ExecutorService接口所不具备的，所以ScheduledExecutorService在需要定时执行任务的场景下非常实用。
