今天教大家撸一个 Java 的多线程永动任务，这个示例的原型是公司自研的多线程异步任务项目，我把里面涉及到多线程的代码抽离出来，然后进行一定的改造。
里面涉及的知识点非常多，特别适合有一定工作经验的同学学习，或者可以直接拿到项目中使用。
文章结构非常简单：
1. 功能说明
做这个多线程异步任务，主要是因为我们有很多永动的异步任务，什么是永动呢？就是任务跑起来后，需要一直跑下去。
比如消息 Push 任务，因为一直有消息过来，所以需要一直去消费 DB 中的未推送消息，就需要整一个 Push 的永动异步任务。
我们的需求其实不难，简单总结一下：
- 能同时执行多个永动的异步任务；
- 每个异步任务，支持开多个线程去消费这个任务的数据；
- 支持永动异步任务的优雅关闭，即关闭后，需要把所有的数据消费完毕后，再关闭。
完成上面的需求，需要注意几个点：
- 每个永动任务，可以开一个线程去执行；
- 每个子任务，因为需要支持并发，需要用线程池控制；
- 永动任务的关闭，需要通知子任务的并发线程，并支持永动任务和并发子任务的优雅关闭。
2. 多线程任务示例
2.1 线程池
对于子任务，需要支持并发，如果每个并发都开一个线程，用完就关闭，对资源消耗太大，所以引入线程池：
public class TaskProcessUtil {
// 每个任务，都有自己单独的线程池
private static Map executors = new ConcurrentHashMap<>();
// 初始化一个线程池
private static ExecutorService init(String poolName, int poolSize) {
return new ThreadPoolExecutor(poolSize, poolSize,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue(),
new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("Pool-" + poolName).setDaemon(false).build(),
new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
}
// 获取线程池
public static ExecutorService getOrInitExecutors(String poolName,int poolSize) {
ExecutorService executorService = executors.get(poolName);
if (null == executorService) {
synchronized (TaskProcessUtil.class) {
executorService = executors.get(poolName);
if (null == executorService) {
executorService = init(poolName, poolSize);
executors.put(poolName, executorService);
}
}
}
return executorService;
}
// 回收线程资源
public static void releaseExecutors(String poolName) {
ExecutorService executorService = executors.remove(poolName);
if (executorService != null) {
executorService.shutdown();
}
}
} 这是一个线程池的工具类，这里初始化线程池和回收线程资源很简单，我们主要讨论获取线程池。
获取线程池可能会存在并发情况，所以需要加一个 synchronized 锁，然后锁住后，需要对 executorService 进行二次判空校验。
2.2 单个任务
为了更好讲解单个任务的实现方式，我们的任务主要就是把 Cat 的数据打印出来，Cat 定义如下：
@Data
@Service
public class Cat {
private String catName;
public Cat setCatName(String name) {
this.catName = name;
return this;
}
}单个任务主要包括以下功能：
- 获取永动任务数据：这里一般都是扫描 DB，我直接就简单用 queryData() 代替。
- 多线程执行任务：需要把数据拆分成 4 份，然后分别由多线程并发执行，这里可以通过线程池支持；
- 永动任务优雅停机：当外面通知任务需要停机，需要执行完剩余任务数据，并回收线程资源，退出任务；
- 永动执行：如果未收到停机命令，任务需要一直执行下去。
直接看代码：
public class ChildTask {
private final int POOL_SIZE = 3; // 线程池大小
private final int SPLIT_SIZE = 4; // 数据拆分大小
private String taskName;
// 接收jvm关闭信号，实现优雅停机
protected volatile boolean terminal = false;
public ChildTask(String taskName) {
this.taskName = taskName;
}
// 程序执行入口
public void doExecute() {
int i = 0;
while(true) {
System.out.println(taskName + ":Cycle-" + i + "-Begin");
// 获取数据
List datas = queryData();
// 处理数据
taskExecute(datas);
System.out.println(taskName + ":Cycle-" + i + "-End");
if (terminal) {
// 只有应用关闭，才会走到这里，用于实现优雅的下线
break;
}
i++;
}
// 回收线程池资源
TaskProcessUtil.releaseExecutors(taskName);
}
// 优雅停机
public void terminal() {
// 关机
terminal = true;
System.out.println(taskName + " shut down");
}
// 处理数据
private void doProcessData(List datas, CountDownLatch latch) {
try {
for (Cat cat : datas) {
System.out.println(taskName + ":" + cat.toString() + ",ThreadName:" + Thread.currentThread().getName());
Thread.sleep(1000L);
}
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getStackTrace());
} finally {
if (latch != null) {
latch.countDown();
}
}
}
// 处理单个任务数据
private void taskExecute(List sourceDatas) {
if (CollectionUtils.isEmpty(sourceDatas)) {
return;
}
// 将数据拆成4份
List> splitDatas = Lists.partition(sourceDatas, SPLIT_SIZE);
final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(splitDatas.size());
// 并发处理拆分的数据，共用一个线程池
for (final List datas : splitDatas) {
ExecutorService executorService = TaskProcessUtil.getOrInitExecutors(taskName, POOL_SIZE);
executorService.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
doProcessData(datas, latch);
}
});
}
try {
latch.await();
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getStackTrace());
}
}
// 获取永动任务数据
private List queryData() {
List datas = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 5; i ++) {
datas.add(new Cat().setCatName("罗小黑" + i));
}
return datas;
}
} 简单解释一下：
- queryData：用于获取数据，实际应用中其实是需要把 queryData 定为抽象方法，然后由各个任务实现自己的方法。
- doProcessData：数据处理逻辑，实际应用中其实是需要把 doProcessData 定为抽象方法，然后由各个任务实现自己的方法。
- taskExecute：将数据拆分成 4 份，获取该任务的线程池，并交给线程池并发执行，然后通过 latch.await() 阻塞。当这 4 份数据都执行成功后，阻塞结束，该方法才返回。
- terminal：仅用于接受停机命令，这里该变量定义为 volatile，所以多线程内存可见；
- doExecute：程序执行入口，封装了每个任务执行的流程，当 terminal=true 时，先执行完任务数据，然后回收线程池，最后退出。
2.3 任务入口
直接上代码：
public class LoopTask {
private List childTasks;
public void initLoopTask() {
childTasks = new ArrayList();
childTasks.add(new ChildTask("childTask1"));
childTasks.add(new ChildTask("childTask2"));
for (final ChildTask childTask : childTasks) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
childTask.doExecute();
}
}).start();
}
}
public void shutdownLoopTask() {
if (!CollectionUtils.isEmpty(childTasks)) {
for (ChildTask childTask : childTasks) {
childTask.terminal();
}
}
}
public static void main(String args[]) throws Exception{
LoopTask loopTask = new LoopTask();
loopTask.initLoopTask();
Thread.sleep(5000L);
loopTask.shutdownLoopTask();
}
} 每个任务都开一个单独的 Thread，这里我初始化了 2 个永动任务，分别为 childTask1 和 childTask2，然后分别执行，后面 Sleep 了 5 秒后，再关闭任务，我们可以看看是否可以按照我们的预期优雅退出。
2.4 结果分析
执行结果如下：
childTask1:Cycle-0-Begin
childTask2:Cycle-0-Begin
childTask1:Cat(catName=罗小黑0),ThreadName:Pool-childTask1
childTask1:Cat(catName=罗小黑4),ThreadName:Pool-childTask1
childTask2:Cat(catName=罗小黑4),ThreadName:Pool-childTask2
childTask2:Cat(catName=罗小黑0),ThreadName:Pool-childTask2
childTask1:Cat(catName=罗小黑1),ThreadName:Pool-childTask1
childTask2:Cat(catName=罗小黑1),ThreadName:Pool-childTask2
childTask2:Cat(catName=罗小黑2),ThreadName:Pool-childTask2
childTask1:Cat(catName=罗小黑2),ThreadName:Pool-childTask1
childTask2:Cat(catName=罗小黑3),ThreadName:Pool-childTask2
childTask1:Cat(catName=罗小黑3),ThreadName:Pool-childTask1
childTask2:Cycle-0-End
childTask2:Cycle-1-Begin
childTask1:Cycle-0-End
childTask1:Cycle-1-Begin
childTask2:Cat(catName=罗小黑0),ThreadName:Pool-childTask2
childTask2:Cat(catName=罗小黑4),ThreadName:Pool-childTask2
childTask1:Cat(catName=罗小黑4),ThreadName:Pool-childTask1
childTask1:Cat(catName=罗小黑0),ThreadName:Pool-childTask1
childTask1 shut down
childTask2 shut down
childTask2:Cat(catName=罗小黑1),ThreadName:Pool-childTask2
childTask1:Cat(catName=罗小黑1),ThreadName:Pool-childTask1
childTask1:Cat(catName=罗小黑2),ThreadName:Pool-childTask1
childTask2:Cat(catName=罗小黑2),ThreadName:Pool-childTask2
childTask1:Cat(catName=罗小黑3),ThreadName:Pool-childTask1
childTask2:Cat(catName=罗小黑3),ThreadName:Pool-childTask2
childTask1:Cycle-1-End
childTask2:Cycle-1-End输出数据：
- “Pool-childTask” 是线程池名称；
- “childTask” 是任务名称；
- “Cat(catName=罗小黑)” 是执行的结果；
- “childTask shut down” 是关闭标记；
- “childTask:Cycle-X-Begin” 和“childTask:Cycle-X-End” 是每一轮循环的开始和结束标记。
我们分析一下执行结果：
- childTask1 和 childTask2 分别执行，在第一轮循环中都正常输出了 5 条罗小黑数据；
- 第二轮执行过程中，我启动了关闭指令，这次第二轮执行没有直接停止，而是先执行完任务中的数据，再执行退出，所以完全符合我们的优雅退出结论。
2.5 源码地址
GitHub 地址：
https://github.com/lml200701158/java-study/tree/master/src/main/java/com/java/parallel/pool/ofc