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Java并发编程：概述

程序猿DD原创JavaJava大约 3 分钟

Java并发编程：概述

在本教程中，我们将学习Java平台5.0版本引入的高级并发特性。

这些特性大多通过java.util.concurrent包实现。

一、Executor框架核心优势

Executor框架通过以下特性提升并发编程体验：

  1. 任务与执行解耦：只需实现Runnable任务，无需关心线程创建/销毁
  2. 线程池管理：
    // 传统线程创建方式
new Thread(new RunnableTask()).start();

// 使用Executor框架
Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
executor.execute(new RunnableTask());
  3. Callable接口增强：
    • 支持返回值（替代无返回的Runnable）
    • 通过Future对象管理任务状态

二、Executor接口体系

java.util.concurrent包定义了三级接口：

1. Executor 基础接口

public interface Executor {
    void execute(Runnable command);
}
  • 核心方法：提交Runnable任务
  • 实现类：ThreadPoolExecutor等

2. ExecutorService 扩展接口

public interface ExecutorService extends Executor {
    <T> Future<T> submit(Callable<T> task);
    void shutdown();
    // ...其他生命周期管理方法
}
  • 支持提交Callable任务
  • 提供任务生命周期管理（关闭、等待终止等）

3. ScheduledExecutorService 定时任务接口

public interface ScheduledExecutorService extends ExecutorService {
    ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit);
    ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit);
}
  • 支持延迟执行和周期性任务
  • 返回ScheduledFuture对象

三、Future与Callable接口

1. Callable接口

@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}
  • 替代Runnable的有返回值任务
  • 允许抛出受检异常

2. Future接口

public interface Future<V> {
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    // ...其他状态查询方法
}
  • 管理异步任务结果
  • 支持取消任务和超时控制

四、Executors工厂类

提供便捷的线程池创建方法：

方法名称描述
newSingleThreadExecutor()创建单线程线程池，确保任务按顺序执行
newFixedThreadPool(int n)创建固定大小的线程池，重用线程处理新任务
newCachedThreadPool()缓存型线程池，根据负载动态调整线程数量
newScheduledThreadPool(int n)创建支持定时任务的线程池，适用于周期性执行场景

五、核心实现示例

1. 基础任务提交

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
executor.execute(() -> System.out.println("Runnable task executed"));

2. Callable任务与Future

ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
Future<String> future = executor.submit(() -> {
    Thread.sleep(1000);
    return "Task completed";
});

try {
    String result = future.get(2, TimeUnit.SECONDS); // 带超时的获取结果
    System.out.println("Result: " + result);
} catch (TimeoutException e) {
    future.cancel(true); // 超时后取消任务
}

3. 定时任务示例

ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);
scheduler.scheduleAtFixedRate(
    () -> System.out.println("Scheduled task executed"),
    0,        // 初始延迟
    1,        // 执行间隔
    TimeUnit.SECONDS
);

六、最佳实践建议

  1. 优先使用工厂方法：通过Executors创建线程池，避免直接使用ThreadPoolExecutor构造函数
  2. 合理配置线程池参数：
    • CPU密集型任务：线程数≈CPU核心数
    • I/O密集型任务：线程数可适当增加
  3. 正确关闭ExecutorService：
    executor.shutdown();
try {
    if (!executor.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) {
        executor.shutdownNow();
    }
} catch (InterruptedException e) {
    executor.shutdownNow();
}
  4. 监控线程池状态：通过ThreadPoolExecutor的getActiveCount()等方法监控运行状态

通过本教程，您将掌握Java并发编程的核心工具，在保证线程安全的同时提升应用性能。

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贡献者: 程序猿DD