資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：在這個(gè)示例中我們使用了一個(gè)單線程線程池的。在延遲消逝后，任務(wù)將會(huì)并發(fā)執(zhí)行。這是并發(fā)系列教程的第一部分。第一部分線程和執(zhí)行器第二部分同步和鎖第三部分原子操作和
Java 8 并發(fā)教程：線程和執(zhí)行器
原文：Java 8 Concurrency Tutorial: Threads and Executors
譯者：BlankKelly
來源：Java8并發(fā)教程：Threads和Executors
歡迎閱讀我的Java8并發(fā)教程的第一部分。這份指南將會(huì)以簡單易懂的代碼示例來教給你如何在Java8中進(jìn)行并發(fā)編程。這是一系列教程中的第一部分。在接下來的15分鐘，你將會(huì)學(xué)會(huì)如何通過線程，任務(wù)（tasks）和 exector services來并行執(zhí)行代碼。
第一部分：線程和執(zhí)行器
第二部分：同步和鎖
第三部分：原子操作和 ConcurrentMap
并發(fā)在Java5中首次被引入并在后續(xù)的版本中不斷得到增強(qiáng)。在這篇文章中介紹的大部分概念同樣適用于以前的Java版本。不過我的代碼示例聚焦于Java8，大量使用lambda表達(dá)式和其他新特性。如果你對lambda表達(dá)式不屬性，我推薦你首先閱讀我的Java 8 教程。
Thread 和 Runnable所有的現(xiàn)代操作系統(tǒng)都通過進(jìn)程和線程來支持并發(fā)。進(jìn)程是通常彼此獨(dú)立運(yùn)行的程序的實(shí)例，比如，如果你啟動(dòng)了一個(gè)Java程序，操作系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)新的進(jìn)程，與其他程序一起并行執(zhí)行。在這些進(jìn)程的內(nèi)部，我們使用線程并發(fā)執(zhí)行代碼，因此，我們可以最大限度的利用CPU可用的核心（core）。
Java從JDK1.0開始執(zhí)行線程。在開始一個(gè)新的線程之前，你必須指定由這個(gè)線程執(zhí)行的代碼，通常稱為task。這可以通過實(shí)現(xiàn)Runnable——一個(gè)定義了一個(gè)無返回值無參數(shù)的run()方法的函數(shù)接口，如下面的代碼所示：
Runnable task = () -> {
String threadName = Thread.currentThread().getName();
System.out.println("Hello " + threadName);
};
task.run();
Thread thread = new Thread(task);
thread.start();
System.out.println("Done!");
因?yàn)?b>Runnable是一個(gè)函數(shù)接口，所以我們利用lambda表達(dá)式將當(dāng)前的線程名打印到控制臺。首先，在開始一個(gè)線程前我們在主線程中直接運(yùn)行runnable。
控制臺輸出的結(jié)果可能像下面這樣：
Hello main Hello Thread-0 Done!
或者這樣：
Hello main Done! Hello Thread-0
由于我們不能預(yù)測這個(gè)runnable是在打印"done"前執(zhí)行還是在之后執(zhí)行。順序是不確定的，因此在大的程序中編寫并發(fā)程序是一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)。
我們可以將線程休眠確定的時(shí)間。在這篇文章接下來的代碼示例中我們可以通過這種方法來模擬長時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)。
Runnable runnable = () -> {
try {
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println("Foo " + name);
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
System.out.println("Bar " + name);
}
catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
};
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();
當(dāng)你運(yùn)行上面的代碼時(shí)，你會(huì)注意到在第一條打印語句和第二條打印語句之間存在一分鐘的延遲。TimeUnit在處理單位時(shí)間時(shí)一個(gè)有用的枚舉類。你可以通過調(diào)用Thread.sleep(1000)來達(dá)到同樣的目的。
使用Thread類是很單調(diào)的且容易出錯(cuò)。由于并發(fā)API在2004年Java5發(fā)布的時(shí)候才被引入。這些API位于java.util.concurrent包下，包含很多處理并發(fā)編程的有用的類。自從這些并發(fā)API引入以來，在隨后的新的Java版本發(fā)布過程中得到不斷的增強(qiáng)，甚至Java8提供了新的類和方法來處理并發(fā)。
接下來，讓我們走進(jìn)并發(fā)API中最重要的一部——executor services。
Executor并發(fā)API引入了ExecutorService作為一個(gè)在程序中直接使用Thread的高層次的替換方案。Executos支持運(yùn)行異步任務(wù)，通常管理一個(gè)線程池，這樣一來我們就不需要手動(dòng)去創(chuàng)建新的線程。在不斷地處理任務(wù)的過程中，線程池內(nèi)部線程將會(huì)得到復(fù)用，因此，在我們可以使用一個(gè)executor service來運(yùn)行和我們想在我們整個(gè)程序中執(zhí)行的一樣多的并發(fā)任務(wù)。
下面是使用executors的第一個(gè)代碼示例：
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
executor.submit(() -> {
String threadName = Thread.currentThread().getName();
System.out.println("Hello " + threadName);
});
// => Hello pool-1-thread-1
Executors類提供了便利的工廠方法來創(chuàng)建不同類型的 executor services。在這個(gè)示例中我們使用了一個(gè)單線程線程池的 executor。
代碼運(yùn)行的結(jié)果類似于上一個(gè)示例，但是當(dāng)運(yùn)行代碼時(shí)，你會(huì)注意到一個(gè)很大的差別：Java進(jìn)程從沒有停止！Executors必須顯式的停止-否則它們將持續(xù)監(jiān)聽新的任務(wù)。
ExecutorService提供了兩個(gè)方法來達(dá)到這個(gè)目的——shutdwon()會(huì)等待正在執(zhí)行的任務(wù)執(zhí)行完而shutdownNow()會(huì)終止所有正在執(zhí)行的任務(wù)并立即關(guān)閉execuotr。
這是我喜歡的通常關(guān)閉executors的方式：
try {
System.out.println("attempt to shutdown executor");
executor.shutdown();
executor.awaitTermination(5, TimeUnit.SECONDS);
}
catch (InterruptedException e) {
System.err.println("tasks interrupted");
}
finally {
if (!executor.isTerminated()) {
System.err.println("cancel non-finished tasks");
}
executor.shutdownNow();
System.out.println("shutdown finished");
}
executor通過等待指定的時(shí)間讓當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)終止來“溫柔的”關(guān)閉executor。在等待最長5分鐘的時(shí)間后，execuote最終會(huì)通過中斷所有的正在執(zhí)行的任務(wù)關(guān)閉。
Callable 和 Future除了Runnable，executor還支持另一種類型的任務(wù)——Callable。Callables也是類似于runnables的函數(shù)接口，不同之處在于，Callable返回一個(gè)值。
下面的lambda表達(dá)式定義了一個(gè)callable：在休眠一分鐘后返回一個(gè)整數(shù)。
Callabletask = () -> { try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); return 123; } catch (InterruptedException e) { throw new IllegalStateException("task interrupted", e); } };
Callbale也可以像runnbales一樣提交給 executor services。但是callables的結(jié)果怎么辦？因?yàn)?b>submit()不會(huì)等待任務(wù)完成，executor service不能直接返回callable的結(jié)果。不過，executor 可以返回一個(gè)Future類型的結(jié)果，它可以用來在稍后某個(gè)時(shí)間取出實(shí)際的結(jié)果。
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1); Futurefuture = executor.submit(task); System.out.println("future done? " + future.isDone()); Integer result = future.get(); System.out.println("future done? " + future.isDone()); System.out.print("result: " + result);
在將callable提交給exector之后，我們先通過調(diào)用isDone()來檢查這個(gè)future是否已經(jīng)完成執(zhí)行。我十分確定這會(huì)發(fā)生什么，因?yàn)樵诜祷啬莻€(gè)整數(shù)之前callable會(huì)休眠一分鐘、
在調(diào)用get()方法時(shí)，當(dāng)前線程會(huì)阻塞等待，直到callable在返回實(shí)際的結(jié)果123之前執(zhí)行完成。現(xiàn)在future執(zhí)行完畢，我們可以在控制臺看到如下的結(jié)果：
future done? false future done? true result: 123
Future與底層的executor service緊密的結(jié)合在一起。記住，如果你關(guān)閉executor，所有的未中止的future都會(huì)拋出異常。
executor.shutdownNow(); future.get();
你可能注意到我們這次創(chuàng)建executor的方式與上一個(gè)例子稍有不同。我們使用newFixedThreadPool(1)來創(chuàng)建一個(gè)單線程線程池的 execuot service。
這等同于使用newSingleThreadExecutor不過使用第二種方式我們可以稍后通過簡單的傳入一個(gè)比1大的值來增加線程池的大小。
任何future.get()調(diào)用都會(huì)阻塞，然后等待直到callable中止。在最糟糕的情況下，一個(gè)callable持續(xù)運(yùn)行——因此使你的程序?qū)]有響應(yīng)。我們可以簡單的傳入一個(gè)時(shí)長來避免這種情況。
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
Future future = executor.submit(() -> {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
return 123;
}
catch (InterruptedException e) {
throw new IllegalStateException("task interrupted", e);
}
});
future.get(1, TimeUnit.SECONDS);
運(yùn)行上面的代碼將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)TimeoutException：
Exception in thread "main" java.util.concurrent.TimeoutException
at java.util.concurrent.FutureTask.get(FutureTask.java:205)
你可能已經(jīng)猜到俄為什么會(huì)排除這個(gè)異常。我們指定的最長等待時(shí)間為1分鐘，而這個(gè)callable在返回結(jié)果之前實(shí)際需要兩分鐘。
invokeAllExecutors支持通過invokeAll()一次批量提交多個(gè)callable。這個(gè)方法結(jié)果一個(gè)callable的集合，然后返回一個(gè)future的列表。
