[Java线程池]ExecutorService|CompletionService的区别与选择

这段时间对业务系统做了个性能测试，其中使用了较多线程池的技术，故此做一个技术总结。

这次总结的内容比较多，主要是四个：

ExecutorService
CompletionService
Runnable
Callable

前两个是线程池相关接口，后两个是多线程相关接口。在最后，我会说明什么情况下使用哪个接口，这两类接口如何搭配使用。

Tips：个人拙见，如有不对，请多多指正。

一、ExecutorService

ExecutorService是一个接口，继承自Executor。ExecutorService提供了一些常用操作和方法，但是ExecutorService是一个接口，无法实例化。
不过，Java提供了一个帮助类Executors，可以快速获取一个ExecutorService对象，并使用ExecutorService接口的一些方法。

Executors帮助类提供了多个构造线程池的方法，常用的分为两类：

直接执行的
- newCachedThreadPool
- newFixedThreadPool
- newSingleThreadExecutor
延迟或定时执行的
- newScheduledThreadPool
- newSingleThreadScheduledExecutor

Executors为每种方法提供了一个线程工厂重载。

（一）newCachedThreadPool

创建一个默认的线程池对象，里面的线程和重用，且在第一次使用的时候才创建。可以理解为线程优先模式，来一个创一个线程，直到线程处理完成后，再处理其他的任务。
Code：

package com.macro.boot.javaBuiltThreadPool;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;

public class MyExecutorService {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 使用帮助类
//        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        // 2. 提交任务
/*        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            executorService.submit(new MyRunnable(i));
        }*/

        // 3. 重载方法测试
        test();
    }

    private static void test() {
        // 1. 使用帮助类
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(
                new ThreadFactory() {
                    int n = 1;

                    @Override
                    public Thread newThread(Runnable r) {
                        return new Thread(r, "线程正在执行 --->" + n++);
                    }
                }
        );

        // 2. 提交任务
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            executorService.submit(new MyRunnable(i));
        }
    }
}

/**
 * 1. 线程类
 */
class MyRunnable implements Runnable {
    private int id;

    public MyRunnable(int id) {
        this.id = id;
    }

    @Override
    public void run() {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println(name + "正在执行..." + "--->" + id);
    }
}

输出：几乎是一下子就执行了，newCachedThreadPool会创建和任务数同等匹配的线程，直到处理完成任务的线程可以处理新增的任务。

（二）newFixedThreadPool

Code：创建一个可重用固定线程数量的线程池

package com.macro.boot.javaBuiltThreadPool;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;

/**
 * 创建一个可固定重用次数的线程池
 */
public class MyNewFixedThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
/*        // nThreads：线程数量
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            es.submit(new MyRunnable(i));
        }*/
        test();
    }

    private static void test() {
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(5, new ThreadFactory() {
            int n = 1;

            @Override
            public Thread newThread(Runnable r) {
                return new Thread(r, "线程" + n++);
            }
        });
        // 提交任务
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            es.submit(new MyRunnable(i));
        }
    }
}

（三）newSingleThreadExecutor

只有一个线程（线程安全）

package com.macro.boot.javaBuiltThreadPool;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;

public class MyNewSingleThreadExecutor {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
/*        ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            es.submit(new MyRunnable(i));
        }*/
        test();
    }

    private static void test() throws InterruptedException {
        ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor(new ThreadFactory() {
            int n = 1;

            @Override
            public Thread newThread(Runnable r) {
                return new Thread(r, "线程" + n++);
            }
        });
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread.sleep(100);
            es.submit(new MyRunnable(i));
        }
    }
}

（四）newScheduledThreadPool

怎么理解这个线程池的延迟时间？很简单，第一次执行的开始时间，加上延迟的时间，就是第二次执行的时间。

package com.macro.boot.ScheduledExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class MyScheduledExecutor {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService sec = Executors.newScheduledThreadPool(4);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            sec.schedule(new MyRunnable(i), 1, TimeUnit.SECONDS);
        }
        System.out.println("开始执行。。。");
        sec.shutdown();
    }
}

class MyRunnable implements Runnable {
    private int id;

    @Override
    public String toString() {
        return "MyRunnable{" +
                "id=" + id +
                '}';
    }

    public MyRunnable(int id) {
        this.id = id;
    }

    @Override
    public void run() {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println(name + "执行了任务" + id);
    }
}

（五）newSingleThreadScheduledExecutor

newSingleThreadScheduledExecutor和newScheduledThreadPool的区别是，newSingleThreadScheduledExecutor的第二次执行时间，等于第一次开始执行的时间，加上执行线程所耗费的时间，再加上延迟时间，即等于第二次执行的时间。

二、CompletionService

CompletionService是一个接口。
当我们使用ExecutorService启动多个Callable时，每个Callable返回一个Future，而当我们执行Future的get方法获取结果时，会阻塞线程直到获取结果。
而CompletionService正是为了解决这个问题，它是Java8的新增接口，它的实现类是ExecutorCompletionService。CompletionService会根据线程池中Task的执行结果按执行完成的先后顺序排序，任务先完成的可优先获取到。
Code：

package com.macro.boot.completions;

import java.util.concurrent.*;

public class CompletionBoot {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        // 实例化线程池
        ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
        ExecutorCompletionService<Integer> ecs = new ExecutorCompletionService<>(es);

        for (int i = 0, j = 3; i < 20; i++) {
            ecs.submit(new CallableExample(i, j));
        }
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            // take：阻塞方法，从结果队列中获取并移除一个已经执行完成的任务的结果，如果没有就会阻塞，直到有任务完成返回结果。
            Integer integer = ecs.take().get();
            // 从结果队列中获取并移除一个已经执行完成的任务的结果，如果没有就会返回null，该方法不会阻塞。
            // Integer integer = ecs.poll().get();
            System.out.println(integer);
        }
        // 不要忘记关闭线程池
        es.shutdown();
    }
}
class CallableExample implements Callable<Integer> {
    /**
     * 使用构造方法获取变量
     * */
    private int a;
    private int b;

    public CallableExample(int a, int b) {
        this.a = a;
        this.b = b;
    }

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        return a + b;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "CallableExample{" +
                "a=" + a +
                ", b=" + b +
                '}';
    }
}

三、Runnable

Runnable和Callable两者都是接口，但是也有区别：

实现Callable接口的任务线程能返回执行结果；而实现Runnable接口的任务线程不能返回结果；（重点）
Callable接口的call()方法允许抛出异常；而Runnable接口的run()方法的异常只能在内部消化，不能继续上抛；

Code：

class MyRunnable02 implements Runnable {
    private int i;

    public MyRunnable02(int i) {
        this.i = i;
    }

    @Override
    public void run() {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println(name + "执行了... ---> " + i);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "MyRunnable{" +
                "i=" + i +
                '}';
    }
}

四、Callable

Code：

class CallableExample implements Callable<Integer> {
    /**
     * 使用构造方法获取变量
     * */
    private int a;
    private int b;

    public CallableExample(int a, int b) {
        this.a = a;
        this.b = b;
    }

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        return a + b;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "CallableExample{" +
                "a=" + a +
                ", b=" + b +
                '}';
    }
}

五、Example

本次Demo：使用线程池，循环查询数据库500次。
在最开始的时候，是使用ExecutorServer + Future.get（因为查询数据库肯定需要获取结果，所以必须要用Callable，并且get到结果集）。但是get的阻塞操作，实在是太影响速度了，虽然考虑了两种手段去解决，但是都不了了之。
Code：（只贴线程池的代码，线程类和获取连接的类就不放了）

private void executorServerStart() throws SQLException, ClassNotFoundException, ExecutionException, InterruptedException {
        // get con
        TDConUtils tdConUtils = new TDConUtils();
        Connection con = tdConUtils.getCon();
        Statement statement = con.createStatement();

        // SQL
        String sql = "select last_row(value_double) from db1.tb1;";

        // ThreadPool
        ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();

        // for each
        int count = 500;
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            Future<ResultSet> submit = es.submit(new MyThread(i, con, sql));
            ResultSet resultSet = submit.get();
            // print
            while (resultSet.next()) {
                System.out.printf("输出：时间：%s,值：%f \n", resultSet.getTimestamp(1)
                        , resultSet.getDouble(2));
            }
        }
        es.shutdown();

        // close resources
        tdConUtils.close(con, statement);
    }

运行时间：8000ms +
改CompletionService：
Code：

private void completionServerStart() throws SQLException, ClassNotFoundException, InterruptedException, ExecutionException {
        // get con
        TDConUtils tdConUtils = new TDConUtils();
        Connection con = tdConUtils.getCon();
        Statement statement = con.createStatement();

        // SQL
        String sql = "select last_row(value_double) from db1.tb1;";

        // ThreadPool
        ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();

        //构建ExecutorCompletionService,与线程池关联
        ExecutorCompletionService<ResultSet> ecs = new ExecutorCompletionService<ResultSet>(es);
        // for each
        int count = 500;

        for (int i = 0; i < count; i++) {
            ecs.submit(new MyThread(i, con, sql));
        }
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            // 通过take获取Future结果,此方法会阻塞
            ResultSet resultSet = ecs.take().get();
            while (resultSet.next()) {
                System.out.printf("输出：时间：%s,值：%f \n", resultSet.getTimestamp(1)
                        , resultSet.getDouble(2));
            }
        }

        es.shutdown();
        tdConUtils.close(con, statement);
    }