Java多线程面试——Executor框架

Executor框架的两级调度模型

在HotSpot VM的线程模型中，Java线程被一对一映射为本地操作系统线程。

Java线程启动时会创建一个本地操作系统线程，当Java线程终止时，这个操作系统线程也会被回收。操作系统会调用所有线程并将他们分配给可用的CPU。可以将此种模式分为两层，在上层，Java多线程程序通常把应用程序分解为若干任务，然后使用用户级的调度器（Executor框架）将这些任务映射为固定数量的线程，在底层，操作系统内核将这些线程映射到硬件处理器上。

两级调度模型的示意图：

Executor框架的结构

Executor框架主要由3大部分组成：

任务： 包括被执行的任务需要实现的接口：Runable 接口、Callable接口；

任务的执行： 包括任务执行机制的核心接口Executor，以及继承自Executor的ExecutorService接口。

Executor框架有两个关键类实现了ExecutorService接口：

ThreadPoolExecutor

ScheduledThreadPoolExecutor

ForkJoinPool；

任务的异步计算结果： 包括Future接口和实现Future接口的FutureTask类、ForkJoinTask类。

框架的类与接口：

​注意一下：

此图不完整，Executor框架的成员还包括：

CompletionService

ExecutorCompletionService

ForkJoinTask、ForkJoinPool

Executor框架的成员介绍

1、Runnable接口 和 Callable接口

Runnable接口和Callable接口的实现类，都可以被ThreadPoolExecutor或Scheduled-ThreadPoolExecutor执行。

它们之间的区别是Runnable不会返回结果，而Callable可以返回结果。

除了可以自己创建实现Callable接口的对象外，还可以使用工厂类Executors来把一个Runnable包装成一个Callable。

//Executors方法

public static Callable<Object> callable(Runnable task);

public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result);

2、Executor、ExecutorService、AbstractExecutorService、ScheduledExecutorService

Executor 接口：

是Executor框架的基础，它将任务的提交与任务的执行分离开来。

ExecutorService 接口：

扩展了Executor接口，提供了管理终止的方法（shutdown( ) ,etc），以及可为跟踪一个或多个异步任务执行状况而生成 Future 的方法。

AbstractExecutorService 类：

提供 ExecutorService 执行方法的默认实现。

ScheduledExecutorService 接口：

一个特殊的 ExecutorService，提供了 可安排在给定的延迟后运行或定期执行的命令。

3、ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor通常使用工厂类Executors来创建。

Executors可以创建3种类型的ThreadPoolExecutor：

SingleThreadExecutor

FixedThreadPool

CachedThreadPool。

以下是这三种线程池的应用场景说明：

FixedThreadPool适用于为了满足资源管理的需求，而需要限制当前线程数量的应用场景，它适用于负载比较重的服务器。

SingleThreadExecutor适用于需要保证顺序地执行各个任务；并且在任意时间点，不会有多个线程是活动的应用场景。

CachedThreadPool是大小无界的线程池，适用于执行很多的短期异步任务的小程序，或者是负载较轻的服务器

4、ScheduledThreadPoolExecutor

ScheduledThreadPoolExecutor通常使用工厂类Executors来创建。

Executors可以创建2种类型的ScheduledThreadPoolExecutor，如下。

ScheduledThreadPoolExecutor：包含若干个线程的ScheduledThreadPoolExecutor。

SingleThreadScheduledExecutor：只包含一个线程的ScheduledThreadPoolExecutor。

5、Future 接口

Future接口和实现Future接口的FutureTask类用来表示异步计算的结果。

当我们把Runnable接口或Callable接口的实现类提交（submit）给ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor时，ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor会向我们

返回一个FutureTask对象。

下面是对应的API。

<T> Future<T> submit(Callable<T> task)

<T> Future<T> submit(Runnable task, T result)

Future<> submit(Runnable task)

有一点需要注意，到目前最新的JDK 8为止，Java通过上述API返回的是一个FutureTask对象。

但从API可以看到，Java仅仅保证返回的是一个实现了Future接口的对象。