java并发编程：Executor、Executors、ExecutorService
Executors
一、Executor的UML图：（常用的几个接口和子类）
Executor框架包括：线程池，Executor，Executors，ExecutorService，CompletionService，Future，Callable等。
二、Executor和ExecutorService
Executor：一个接口，其定义了一个接收Runnable对象的方法executor，其方法签名为executor(Runnable command),该方法接收一个Runable实例，它用来执行一个任务，任务即一个实现了Runnable接口的类，一般来说，Runnable任务开辟在新线程中的使用方法为：new Thread(new RunnableTask())).start()，但在Executor中，可以使用Executor而不用显示地创建线程：executor.execute(new RunnableTask()); // 异步执行
ExecutorService：是一个比Executor使用更广泛的子类接口，其提供了生命周期管理的方法，返回 Future 对象，以及可跟踪一个或多个异步任务执行状况返回Future的方法；可以调用ExecutorService的shutdown（）方法来平滑地关闭 ExecutorService，调用该方法后，将导致ExecutorService停止接受任何新的任务且等待已经提交的任务执行完成(已经提交的任务会分两类：一类是已经在执行的，另一类是还没有开始执行的)，当所有已经提交的任务执行完毕后将会关闭ExecutorService。因此我们一般用该接口来实现和管理多线程。
通过 ExecutorService.submit() 方法返回的 Future 对象，可以调用isDone（）方法查询Future是否已经完成。当任务完成时，它具有一个结果，你可以调用get()方法来获取该结果。你也可以不用isDone（）进行检查就直接调用get()获取结果，在这种情况下，get()将阻塞，直至结果准备就绪，还可以取消任务的执行。Future 提供了 cancel() 方法用来取消执行 pending 中的任务。ExecutorService 部分代码如下：
public interface ExecutorService extends Executor {
void shutdown();
Future submit(Callable task);
Future submit(Runnable task, T result);
List> invokeAll(Collection> tasks, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
} 三、Executors类： 主要用于提供线程池相关的操作
Executors类，提供了一系列工厂方法用于创建线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService接口。
1、public static ExecutorService newFiexedThreadPool(int Threads) 创建固定数目线程的线程池。
2、public static ExecutorService newCachedThreadPool()：创建一个可缓存的线程池，调用execute 将重用以前构造的线程（如果线程可用）。如果没有可用的线程，则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。
3、public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()：创建一个单线程化的Executor。
4、public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
创建一个支持定时及周期性的任务执行的线程池，多数情况下可用来替代Timer类。
newCachedThreadPool() |
-缓存型池子，先查看池中有没有以前建立的线程，如果有，就 reuse.如果没有，就建一个新的线程加入池中 -缓存型池子通常用于执行一些生存期很短的异步型任务 因此在一些面向连接的daemon型SERVER中用得不多。但对于生存期短的异步任务，它是Executor的首选。 -能reuse的线程，必须是timeout IDLE内的池中线程，缺省 timeout是60s,超过这个IDLE时长，线程实例将被终止及移出池。 注意，放入CachedThreadPool的线程不必担心其结束，超过TIMEOUT不活动，其会自动被终止。 |
newFixedThreadPool(int) |
-newFixedThreadPool与cacheThreadPool差不多，也是能reuse就用，但不能随时建新的线程 -其独特之处:任意时间点，最多只能有固定数目的活动线程存在，此时如果有新的线程要建立，只能放在另外的队列中等待，直到当前的线程中某个线程终止直接被移出池子 -和cacheThreadPool不同，FixedThreadPool没有IDLE机制（可能也有，但既然文档没提，肯定非常长，类似依赖上层的TCP或UDP IDLE机制之类的），所以FixedThreadPool多数针对一些很稳定很固定的正规并发线程，多用于服务器 -从方法的源代码看，cache池和fixed 池调用的是同一个底层 池，只不过参数不同: fixed池线程数固定，并且是0秒IDLE（无IDLE） cache池线程数支持0-Integer.MAX_VALUE(显然完全没考虑主机的资源承受能力），60秒IDLE |
| newScheduledThreadPool(int) |
-调度型线程池 -这个池子里的线程可以按schedule依次delay执行，或周期执行 |
| SingleThreadExecutor() |
-单例线程，任意时间池中只能有一个线程 -用的是和cache池和fixed池相同的底层池，但线程数目是1-1,0秒IDLE（无IDLE） |
四、Executor VS ExecutorService VS Executors
正如上面所说，这三者均是 Executor 框架中的一部分。Java 开发者很有必要学习和理解他们，以便更高效的使用 Java 提供的不同类型的线程池。总结一下这三者间的区别，以便大家更好的理解：
- Executor 和 ExecutorService 这两个接口主要的区别是：ExecutorService 接口继承了 Executor 接口，是 Executor 的子接口
- Executor 和 ExecutorService 第二个区别是：Executor 接口定义了
execute()方法用来接收一个Runnable接口的对象，而 ExecutorService 接口中的submit()方法可以接受Runnable和Callable接口的对象。 - Executor 和 ExecutorService 接口第三个区别是 Executor 中的
execute()方法不返回任何结果，而 ExecutorService 中的submit()方法可以通过一个 Future 对象返回运算结果。 - Executor 和 ExecutorService 接口第四个区别是除了允许客户端提交一个任务，ExecutorService 还提供用来控制线程池的方法。比如：调用
shutDown()方法终止线程池。可以通过 《Java Concurrency in Practice》 一书了解更多关于关闭线程池和如何处理 pending 的任务的知识。 - Executors 类提供工厂方法用来创建不同类型的线程池。比如:
newSingleThreadExecutor()创建一个只有一个线程的线程池，newFixedThreadPool(int numOfThreads)来创建固定线程数的线程池，newCachedThreadPool()可以根据需要创建新的线程，但如果已有线程是空闲的会重用已有线程。
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;
public class CallableDemo{
public static void main(String[] args){
ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
List> resultList = new ArrayList>();
//创建10个任务并执行
for (int i = 0; i < 10; i++){
//使用ExecutorService执行Callable类型的任务，并将结果保存在future变量中
Future future = executorService.submit(new TaskWithResult(i));
//将任务执行结果存储到List中
resultList.add(future);
}
//遍历任务的结果
for (Future fs : resultList){
try{
while(!fs.isDone);//Future返回如果没有完成，则一直循环等待，直到Future返回完成
System.out.println(fs.get()); //打印各个线程（任务）执行的结果
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}catch(ExecutionException e){
e.printStackTrace();
}finally{
//启动一次顺序关闭，执行以前提交的任务，但不接受新任务
executorService.shutdown();
}
}
}
}
class TaskWithResult implements Callable{
private int id;
public TaskWithResult(int id){
this.id = id;
}
/**
* 任务的具体过程，一旦任务传给ExecutorService的submit方法，
* 则该方法自动在一个线程上执行
*/
public String call() throws Exception {
System.out.println("call()方法被自动调用！！！ " + Thread.currentThread().getName());
//该返回结果将被Future的get方法得到
return "call()方法被自动调用，任务返回的结果是：" + id + " " + Thread.currentThread().getName();
}
} 五、自定义线程池
自定义线程池，可以用ThreadPool Executor类创建，它有多个构造方法来创建线程池，用该类很容易实现自定义的线程池，这里先贴上示例程序：import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class ThreadPoolTest{
public static void main(String[] args){
//创建等待队列
BlockingQueue bqueue = new ArrayBlockingQueue(20);
//创建线程池，池中保存的线程数为3，允许的最大线程数为5
ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(3,5,50,TimeUnit.MILLISECONDS,bqueue);
//创建七个任务
Runnable t1 = new MyThread();
Runnable t2 = new MyThread();
Runnable t3 = new MyThread();
Runnable t4 = new MyThread();
Runnable t5 = new MyThread();
Runnable t6 = new MyThread();
Runnable t7 = new MyThread();
//每个任务会在一个线程上执行
pool.execute(t1);
pool.execute(t2);
pool.execute(t3);
pool.execute(t4);
pool.execute(t5);
pool.execute(t6);
pool.execute(t7);
//关闭线程池
pool.shutdown();
}
}
class MyThread implements Runnable{
@Override
public void run(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在执行。。。");
try{
Thread.sleep(100);
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
} 
从结果中可以看出，七个任务是在线程池的三个线程上执行的。这里简要说明下用到的ThreadPoolExecuror类的构造方法中各个参数的含义。
public ThreadPoolExecutor (int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,BlockingQueue workQueue) corePoolSize：线程池中所保存的核心线程数，包括空闲线程。
maximumPoolSize：池中允许的最大线程数。
keepAliveTime：线程池中的空闲线程所能持续的最长时间。
unit：持续时间的单位。
workQueue：任务执行前保存任务的队列，仅保存由execute方法提交的Runnable任务。
3、如果线程池中的线程数量大于等于corePoolSize，且缓冲队列workQueue已满，但线程池中的线程数量小于maximumPoolSize，则会创建新的线程来处理被添加的任务；
4、如果线程池中的线程数量等于了maximumPoolSize，有4种处理方式（该构造方法调用了含有5个参数的构造方法，并将最后一个构造方法为RejectedExecutionHandler类型，它在处理线程溢出时有4种方式，这里不再细说，要了解的，自己可以阅读下源码）。
总结起来，也即是说，当有新的任务要处理时，先看线程池中的线程数量是否大于corePoolSize，再看缓冲队列workQueue是否满，最后看线程池中的线程数量是否大于maximumPoolSize。
另外，当线程池中的线程数量大于corePoolSize时，如果里面有线程的空闲时间超过了keepAliveTime，就将其移除线程池，这样，可以动态地调整线程池中线程的数量。
我们大致来看下Executors的源码，newCachedThreadPool的不带RejectedExecutionHandler参数（即第五个参数，线程数量超过maximumPoolSize时，指定处理方式）的构造方法如下：
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue());
} 再来看newFixedThreadPool的不带RejectedExecutionHandler参数的构造方法，如下：
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue());
} 下面说说几种排队的策略：
1、直接提交。缓冲队列采用 SynchronousQueue，它将任务直接交给线程处理而不保持它们。如果不存在可用于立即运行任务的线程（即线程池中的线程都在工作），则试图把任务加入缓冲队列将会失败，因此会构造一个新的线程来处理新添加的任务，并将其加入到线程池中。直接提交通常要求无界 maximumPoolSizes（Integer.MAX_VALUE） 以避免拒绝新提交的任务。newCachedThreadPool采用的便是这种策略。
2、无界队列。使用无界队列（典型的便是采用预定义容量的 LinkedBlockingQueue，理论上是该缓冲队列可以对无限多的任务排队）将导致在所有 corePoolSize 线程都工作的情况下将新任务加入到缓冲队列中。这样，创建的线程就不会超过 corePoolSize，也因此，maximumPoolSize 的值也就无效了。当每个任务完全独立于其他任务，即任务执行互不影响时，适合于使用无界队列。newFixedThreadPool采用的便是这种策略。
3、有界队列。当使用有限的 maximumPoolSizes 时，有界队列（一般缓冲队列使用ArrayBlockingQueue，并制定队列的最大长度）有助于防止资源耗尽，但是可能较难调整和控制，队列大小和最大池大小需要相互折衷，需要设定合理的参数。
六、比较Executor和new Thread()
new Thread的弊端如下：
a. 每次new Thread新建对象性能差。
b. 线程缺乏统一管理，可能无限制新建线程，相互之间竞争，及可能占用过多系统资源导致死机或oom。
c. 缺乏更多功能，如定时执行、定期执行、线程中断。
相比new Thread，Java提供的四种线程池的好处在于：
a. 重用存在的线程，减少对象创建、消亡的开销，性能佳。
b. 可有效控制最大并发线程数，提高系统资源的使用率，同时避免过多资源竞争，避免堵塞。
c. 提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能。