java.util.concurrent - ExecutorService

Java 1.x 時 Java 可以說只是個寫 applet 的語言，Java 1.2 之後成為寫 web 後端程式最重要的語言，Java 1.4 引入 NIO 讓讀寫更有效率，Java 5 最大的改變應該就是增加 java.util.concurrent 這個 package，對平行處理 (多執行緒) 提供完整的支援，這個 package 的內容一直到 Java 8 都持續增加，使其更加完善。這一篇要介紹的是 ExecutorService，類別圖如下: (如往例，這不是完整的類別圖，只是這篇會說明到的部份。)

ExecutorService 是個介面，繼承了 Executor 介面，Executor 介面只定義了一個稱為 execute() 的 method，實作 Runnable 的類別物件，可以將本身委派給實作 ExecutorService 的類別物件產生另一個執行緒，進行平行運算。
接下來看看範例程式;

 1 package idv.steven.concurrency;
 2 
 3 import java.util.concurrent.ExecutorService;
 4 import java.util.concurrent.Executors;
 5 
 6 public class ExecutorDemo {
 7 
 8     public static void main(String[] args) {
 9         ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
10 
11         executorService.execute(new Runnable() {
12             public void run() {
13                 System.out.println("Asynchronous task");
14             }
15         });
16 
17         executorService.shutdown();
18     }
19 }

程式說明:

• Executors 是一個工廠類別，定義了許多 static 的 method，用來產生與 java.util.cuncurrent 套件中相關的類別，這裡 (line 9) 用來產生一個 ExecutorService 的物件。
• 在第 11~15 行中，有一個匿名的 Runnable 物件，當然，如果程式很大，就不要用匿名的寫法，這裡因為只是一行 output，用匿名比較簡單。這個物件傳入 executorService 物件中會產生一個新的 thread。
• executorService 執行完要自行關閉，即第 17 行呼叫 shutdown()，呼叫 shutdown() 後，就不能再傳別的 Runnable 給這個 executorService 物件了，否則會產生 exception。 
• 第 9 行也可以改寫成 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10); 一般來說，會使用 thread pool 的狀況是，程式會有很多 thread，且這些 thread 的執行時間很短，在這種狀況下要系統一直建立新的 thread 顯然會花很多時間，所以使用 thread pool。另外，任何一個系統也不能無限制的建立 thread，否則各個 thread 間頻繁的 context switch 反而會拖垮系統效能，所以會給它一個最大值。
• ExecutorService 中的 shutdown() 和 shutdownNow() 這兩個 method 有什麼差別? shutdown() 會執行完已委派的 Runnable 物件後才將 ExecutorService 關閉，shutdownNow 則會立刻關閉，尚未被執行的 Runnable 物件則以 List<Runnable> 傳回。

上面的程式我們要來改寫一下，注意看類別圖，ExecutorService 中有兩個 submit() method，一個傳入的參數是  Runnable 物件，另一個傳入的是 Callable 物件，使用 submit 也可以產生一個新的執行緒，先看一下傳入 Runnable 物件的程式。

 1 package idv.steven.concurrency;
 2 
 3 import java.util.concurrent.ExecutorService;
 4 import java.util.concurrent.Executors;
 5 import java.util.concurrent.Future;
 6 
 7 public class ExecutorDemo {
 8 
 9     public static void main(String[] args) {
10         ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
11 
12         Future future = executorService.submit(new Runnable() {
13             public void run() {
14                 System.out.println("Asynchronous task");
15             }
16         });
17 
18         executorService.shutdown();
19     }
20 }

修改的部份是第 12~ 16 行，得到的結果與第一個程式是完全一樣的! 再來看一下傳入 Callable 物件的程式。

 1 package idv.steven.concurrency;
 2 
 3 import java.util.concurrent.Callable;
 4 import java.util.concurrent.ExecutionException;
 5 import java.util.concurrent.ExecutorService;
 6 import java.util.concurrent.Executors;
 7 import java.util.concurrent.Future;
 8 
 9 public class ExecutorDemo {
10 
11     public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
12         ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
13 
14         Future future = executorService.submit(new Callable(){
15             public Object call() throws Exception {
16                 System.out.println("Asynchronous Callable");
17                 return "Callable Result";
18             }
19         });
20 
21         System.out.println("future.get() = " + future.get());
22 
23         executorService.shutdown();
24     }
25 }

傳入 Runnable 物件和傳入 Callable 物件最大的差別就在於，傳入 Callable 物件可以有傳回值，所以當 21 行呼叫 future.get() 時，可以取得 call() 的傳回值 (line 17)，如果是傳入 Runnable 物件，呼叫 get() method 會傳回 null。