在Java中，使用執行緒來非同步執行任務。Java執行緒的建立與銷燬需要一定的開銷，如果我們為每一個任務建立一個新執行緒來執行，這些執行緒的建立與銷燬將消耗大量的計算資源。同時，為每一個任務建立一個新執行緒來執行，這種策略可能會使處於高負荷狀態的應用最終崩潰。

Java執行緒既是工作單元，也是執行單元。從JDK1.5開始，把工作單元與執行機制分離開來。工作單元包括Runnable 和 Callable，而執行機制由Executor框架提供。

Executor框架簡介

Executor框架的兩級排程模型

在HotSpot VM的執行緒模型中，Java執行緒被一對一對映為本地作業系統執行緒。Java執行緒啟動時會建立一個本地作業系統執行緒；當Java執行緒終止時，這個作業系統執行緒也會被回收。作業系統會呼叫所有執行緒並將他們分配給可用的CPU。

可以將此種模式分為兩層，在上層，Java多執行緒程式通常把應用程式分解為若干任務，然後使用使用者級的排程器（Executor框架）講這些任務對映為固定數量的執行緒；在底層，作業系統核心將這些執行緒對映到硬體處理器上。

兩級排程模型的示意圖：

從圖中可以看出，該框架用來控制應用程式的上層排程（下層排程由作業系統核心控制，不受應用程式的控制）。

Executor框架的結構和成員

Executor框架的結構

1. 任務

包括被執行任務需要實現的介面：Runnable介面和Callable介面

2. 任務的執行

包括任務執行機制的核心介面Executor，以及繼承自Executor的ExecutorService介面。

Executor框架有兩個關鍵類實現了ExecutorService介面：ThreadPoolExecutor 和 ScheduledThreadPoolExecutor

3. 非同步計算的結果

包括Future和實現Future介面的FutureTask類。

Executor框架的類與介面

示意圖

• Executor是一個介面，他是Executor框架的基礎，它將任務的提交與任務的執行分離。
• ScheduledThreadPoolExecutor是一個實現類，可以在給定的延遲後執行命令，或者定期執行命令。ScheduledThreadPoolExecutor 比 Timer 更靈活，功能更強大。
• Future介面和它的實現FutureTask類，代表非同步計算的結果。
• Runnable和Callable介面的實現類，都可以被ThreadPoolExecutor 或 ScheduledThreadPoolExecutor 執行。

Executor框架的使用

 先來看個圖：

1. 主執行緒首先要建立實現 Runnable介面或者Callable介面的任務物件。工具類Executors可以把一個Runnable物件封裝為一個Callable物件

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   Executors.callable(Runnale task); 或 Executors.callable(Runnable task, Object resule);

2. 然後可以把Runnable物件直接交給ExecutorService執行

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   ExecutorServicel.execute(Runnable command); 或者也可以把Runnable物件或Callable物件提交給ExecutorService執行 ExecutorService.submit(Runnable task);

   如果執行ExecutorService.submit(...)，ExecutorService將返回一個實現Future介面的物件(到目前為止的JDK中，返回的是FutureTask物件)。由於FutureTask實現了Runnable介面，我們也可以建立FutureTask類，然後直接交給ExecutorService執行。　　

3. 最後，主執行緒可以執行FutureTask.get()方法來等待任務執行完成。主執行緒也可以執行FutureTask.cancel(boolean mayInterruptIfRunning)來取消此任務的執行。

 ThreadPoolExecutor詳解

 ThreadPoolExecutor的元件構成

• corePool：核心執行緒池的大小
• maximumPool：最大執行緒池的大小
• BlockingQueue：用來暫時儲存任務的工作佇列
• RejectedExecutionHandler：當ThreadPoolExecutor已經關閉或ThreadPoolExecutor已經飽和時(達到了最大執行緒池的大小且工作佇列已滿)，execute()方法將要呼叫的Handler。

 1. FixedThreadPool

建立固定長度的執行緒池，每次提交任務建立一個執行緒，直到達到執行緒池的最大數量，執行緒池的大小不再變化。

這個執行緒池可以建立固定執行緒數的執行緒池。特點就是可以重用固定數量執行緒的執行緒池。它的構造原始碼如下：

• FixedThreadPool的corePoolSize和maxiumPoolSize都被設定為建立FixedThreadPool時指定的引數nThreads。
• 0L則表示當執行緒池中的執行緒數量操作核心執行緒的數量時，多餘的執行緒將被立即停止
• 最後一個引數表示FixedThreadPool使用了無界佇列LinkedBlockingQueue作為執行緒池的做工佇列，由於是無界的，當執行緒池的執行緒數達到corePoolSize後，新任務將在無界佇列中等待，因此執行緒池的執行緒數量不會超過corePoolSize，同時maxiumPoolSize也就變成了一個無效的引數，並且執行中的執行緒池並不會拒絕任務。

FixedThreadPool執行圖如下

執行過程如下：

1.如果當前工作中的執行緒數量少於corePool的數量，就建立新的執行緒來執行任務。

2.當執行緒池的工作中的執行緒數量達到了corePool，則將任務加入LinkedBlockingQueue。

3.執行緒執行完1中的任務後會從佇列中去任務。

注意LinkedBlockingQueue是無界佇列，所以可以一直新增新任務到執行緒池。

2. SingleThreadExecutor　　

SingleThreadExecutor是使用單個worker執行緒的Executor。特點是使用單個工作執行緒執行任務。它的構造原始碼如下：

SingleThreadExecutor的corePoolSize和maxiumPoolSize都被設定1。

其他引數均與FixedThreadPool相同，其執行圖如下：

執行過程如下：

1.如果當前工作中的執行緒數量少於corePool的數量，就建立一個新的執行緒來執行任務。

2.當執行緒池的工作中的執行緒數量達到了corePool，則將任務加入LinkedBlockingQueue。

3.執行緒執行完1中的任務後會從佇列中去任務。

注意：由於線上程池中只有一個工作執行緒，所以任務可以按照新增順序執行。

 3. CachedThreadPool

 CachedThreadPool是一個”無限“容量的執行緒池，它會根據需要建立新執行緒。特點是可以根據需要來建立新的執行緒執行任務，沒有特定的corePool。下面是它的構造方法：

CachedThreadPool的corePoolSize被設定為0，即corePool為空；maximumPoolSize被設定為Integer.MAX_VALUE，即maximum是無界的。這裡keepAliveTime設定為60秒，意味著空閒的執行緒最多可以等待任務60秒，否則將被回收。

CachedThreadPool使用沒有容量的SynchronousQueue作為主執行緒池的工作佇列，它是一個沒有容量的阻塞佇列。每個插入操作必須等待另一個執行緒的對應移除操作。這意味著，如果主執行緒提交任務的速度高於執行緒池中處理任務的速度時，CachedThreadPool會不斷建立新執行緒。極端情況下，CachedThreadPool會因為建立過多執行緒而耗盡CPU資源。其執行圖如下：

執行過程如下：

1.首先執行SynchronousQueue.offer(Runnable task)。如果在當前的執行緒池中有空閒的執行緒正在執行SynchronousQueue.poll()，那麼主執行緒執行的offer操作與空閒執行緒執行的poll操作配對成功，主執行緒把任務交給空閒執行緒執行。，execute()方法執行成功，否則執行步驟2

2.當執行緒池為空(初始maximumPool為空)或沒有空閒執行緒時，配對失敗，將沒有執行緒執行SynchronousQueue.poll操作。這種情況下，執行緒池會建立一個新的執行緒執行任務。

3.在建立完新的執行緒以後，將會執行poll操作。當步驟2的執行緒執行完成後，將等待60秒，如果此時主執行緒提交了一個新任務，那麼這個空閒執行緒將執行新任務，否則被回收。因此長時間不提交任務的CachedThreadPool不會佔用系統資源。

SynchronousQueue是一個不儲存元素阻塞佇列，每次要進行offer操作時必須等待poll操作，否則不能繼續新增元素。