如何在Java項目中利用線程池執行多個任務

如何在Java項目中利用線程池執行多個任務？很多新手對此不是很清楚，為了幫助大家解決這個難題，下面小編將為大家詳細講解，有這方面需求的人可以來學習下，希望你能有所收獲。

Java可以用來干什么

Java主要應用于：1. web開發；2. Android開發；3. 客戶端開發；4. 網頁開發；5. 企業級應用開發；6. Java大數據開發；7.游戲開發等。

1 任務類型

在使用線程池執行任務之前，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Runnable的任務類（無參數無返回值）和實現Callable接口的任務類（無參數有返回值）。在打代碼時根據需求選擇對應的任務類型。

1.1 實現Runnable接口的類

多線程任務類型，首先自然想到的就是實現 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，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 提供了一系列靜態方法來創建各種線程池。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 線程數固定的線程池 Fixed Thread Pool

顧名思義，這種類型線程池線程數量是固定的。如果線程數量設置為n，則任何時刻該線程池最多只有n個線程處于運行狀態。當線程池中處于飽和運行狀態時，再往線程池中提交的任務會被放到執行隊列中。如果線程池處于不飽和狀態，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。

// 創建線程數量為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，則復用閑置狀態線程執行任務。處于閑置狀態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，但是每次只執行1個，且任務是按順序執行的。如果前面的任務出現了異常，當前線程會被銷毀，但1個新的線程會被創建用來執行后面的任務。以上這些和線程數只有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，而 Executors.newSingleThreadExecutor() 永遠只能有1個線程。

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

2.4 工作竊取線程池

扒開源碼，會發現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行，這也意味著任務的開始執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。

//創建一個工作竊取線程池，使用CPU核數等于機器的CPU核數
ExecutorService executorService = Executors.newWorkStealingPool();

//創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
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行某些任務，例如：周期性的執行某項任務。

// 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秒后首次執行，之后每5秒執行一次。如果任務執行時間超過了5秒，則下一次將會在前一次執行完成之后立即執行
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秒后首次執行，之后每次在任務執行之后5秒執行下一次。
scheduledExecutorService.scheduleWithFixedDelay(() -> { System.out.println(Thread.currentThread()); }, 2, 5, TimeUnit.SECONDS);
// 逐個清除 idle 狀態的線程
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一，建議采用submit方法。

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

//提交一個無返回值的任務（實現了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Callable接口，實現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的內部實現其實就是用一個循環逐個提交任務。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，線程池執行若干個實現了Callable的任務，然后返回最先執行結束的任務的值，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源碼時發現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，這個參數值就是返回的值。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

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