Eine Anleitung zum Java ExecutorService

1. Übersicht

ExecutorService ist ein vom JDK bereitgestelltes Framework, das die Ausführung von Aufgaben im asynchronen Modus vereinfacht. Im Allgemeinen stellt ExecutorService automatisch einen Pool von Threads und APIs zur Verfügung, um ihm Aufgaben zuzuweisen.

2. ExecutorService instanziieren

2.1. Factory-Methoden der Executors- Klasse

Der einfachste Weg, ExecutorService zu erstellen, besteht darin, eine der Factory-Methoden der Executors- Klasse zu verwenden.

Mit der folgenden Codezeile wird beispielsweise ein Thread-Pool mit 10 Threads erstellt:

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

Es gibt verschiedene andere Factory-Methoden zum Erstellen eines vordefinierten ExecutorService , die bestimmte Anwendungsfälle erfüllen. Informationen zur besten Methode für Ihre Anforderungen finden Sie in der offiziellen Dokumentation von Oracle.

2.2. Erstellen Sie direkt einen ExecutorService

Da ExecutorService eine Schnittstelle ist, kann eine Instanz seiner Implementierungen verwendet werden. Im Paket java.util.concurrent stehen mehrere Implementierungen zur Auswahl , oder Sie können Ihre eigenen erstellen.

Beispielsweise verfügt die ThreadPoolExecutor- Klasse über einige Konstruktoren, mit denen ein Executor-Service und sein interner Pool konfiguriert werden können.

ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue());

Möglicherweise stellen Sie fest, dass der obige Code dem Quellcode der Factory-Methode newSingleThreadExecutor () sehr ähnlich ist . In den meisten Fällen ist eine detaillierte manuelle Konfiguration nicht erforderlich.

3. Zuweisen von Aufgaben zum ExecutorService

ExecutorService ausführen kann Runnable und Callable Aufgaben. Um die Dinge in diesem Artikel einfach zu halten, werden zwei primitive Aufgaben verwendet. Beachten Sie, dass hier Lambda-Ausdrücke anstelle anonymer innerer Klassen verwendet werden:

Runnable runnableTask = () -> { try { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }; Callable callableTask = () -> { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300); return "Task's execution"; }; List
    
      callableTasks = new ArrayList(); callableTasks.add(callableTask); callableTasks.add(callableTask); callableTasks.add(callableTask);
    

Aufgaben können mit den zugeordneten werden ExecutorService mit verschiedenen Methoden, einschließlich execute () , die von der geerbt wird Exekutor - Schnittstelle und auch submit () , invokeAny (), invokeAll ().

Die Methode execute () ist ungültig und bietet keine Möglichkeit, das Ergebnis der Ausführung der Aufgabe abzurufen oder den Status der Aufgabe zu überprüfen (wird sie ausgeführt oder ausgeführt).

executorService.execute(runnableTask);

submit () sendet eine Callable- oder eine Runnable- Aufgabe an einen ExecutorService und gibt ein Ergebnis vom Typ Future zurück .

Future future = executorService.submit(callableTask);

invokeAny () weist einem ExecutorService eine Sammlung von Aufgaben zu , wodurch jede ausgeführt wird, und gibt das Ergebnis einer erfolgreichen Ausführung einer Aufgabe zurück (wenn eine erfolgreiche Ausführung stattgefunden hat) .

String result = executorService.invokeAny(callableTasks);

invokeAll () weist einem ExecutorService eine Sammlung von Aufgaben zu , wodurch jede ausgeführt wird, und gibt das Ergebnis aller Aufgabenausführungen in Form einer Liste von Objekten vom Typ Future zurück .

List
    
      futures = executorService.invokeAll(callableTasks);
    

Bevor wir fortfahren, müssen zwei weitere Dinge besprochen werden: Herunterfahren eines ExecutorService und Umgang mit zukünftigen Rückgabetypen.

4. Herunterfahren eines ExecutorService

Im Allgemeinen wird der ExecutorService nicht automatisch zerstört, wenn keine Aufgabe zu verarbeiten ist. Es wird am Leben bleiben und auf neue Arbeiten warten.

In einigen Fällen ist dies sehr hilfreich. Wenn eine App beispielsweise Aufgaben verarbeiten muss, die unregelmäßig angezeigt werden, oder die Anzahl dieser Aufgaben zum Zeitpunkt der Kompilierung nicht bekannt ist.

On the other hand, an app could reach its end, but it will not be stopped because a waiting ExecutorService will cause the JVM to keep running.

To properly shut down an ExecutorService, we have the shutdown() and shutdownNow() APIs.

The shutdown()method doesn't cause immediate destruction of the ExecutorService. It will make the ExecutorService stop accepting new tasks and shut down after all running threads finish their current work.

executorService.shutdown();

The shutdownNow() method tries to destroy the ExecutorService immediately, but it doesn't guarantee that all the running threads will be stopped at the same time. This method returns a list of tasks that are waiting to be processed. It is up to the developer to decide what to do with these tasks.

List notExecutedTasks = executorService.shutDownNow();

One good way to shut down the ExecutorService (which is also recommended by Oracle) is to use both of these methods combined with the awaitTermination() method. With this approach, the ExecutorService will first stop taking new tasks, then wait up to a specified period of time for all tasks to be completed. If that time expires, the execution is stopped immediately:

executorService.shutdown(); try { if (!executorService.awaitTermination(800, TimeUnit.MILLISECONDS)) { executorService.shutdownNow(); } } catch (InterruptedException e) { executorService.shutdownNow(); }

5. The Future Interface

The submit() and invokeAll() methods return an object or a collection of objects of type Future, which allows us to get the result of a task's execution or to check the task's status (is it running or executed).

The Future interface provides a special blocking method get() which returns an actual result of the Callable task's execution or null in the case of Runnable task. Calling the get() method while the task is still running will cause execution to block until the task is properly executed and the result is available.

Future future = executorService.submit(callableTask); String result = null; try { result = future.get(); } catch (InterruptedException | ExecutionException e) { e.printStackTrace(); }

With very long blocking caused by the get() method, an application's performance can degrade. If the resulting data is not crucial, it is possible to avoid such a problem by using timeouts:

String result = future.get(200, TimeUnit.MILLISECONDS);

If the execution period is longer than specified (in this case 200 milliseconds), a TimeoutException will be thrown.

The isDone() method can be used to check if the assigned task is already processed or not.

The Future interface also provides for the cancellation of task execution with the cancel() method, and to check the cancellation with isCancelled() method:

boolean canceled = future.cancel(true); boolean isCancelled = future.isCancelled();

6. The ScheduledExecutorService Interface

The ScheduledExecutorService runs tasks after some predefined delay and/or periodically. Once again, the best way to instantiate a ScheduledExecutorService is to use the factory methods of the Executors class.

For this section, a ScheduledExecutorService with one thread will be used:

ScheduledExecutorService executorService = Executors .newSingleThreadScheduledExecutor();

To schedule a single task's execution after a fixed delay, us the scheduled() method of the ScheduledExecutorService. There are two scheduled() methods that allow you to execute Runnable or Callable tasks:

Future resultFuture = executorService.schedule(callableTask, 1, TimeUnit.SECONDS);

The scheduleAtFixedRate() method lets execute a task periodically after a fixed delay. The code above delays for one second before executing callableTask.

The following block of code will execute a task after an initial delay of 100 milliseconds, and after that, it will execute the same task every 450 milliseconds. If the processor needs more time to execute an assigned task than the period parameter of the scheduleAtFixedRate() method, the ScheduledExecutorService will wait until the current task is completed before starting the next:

Future resultFuture = service .scheduleAtFixedRate(runnableTask, 100, 450, TimeUnit.MILLISECONDS);

If it is necessary to have a fixed length delay between iterations of the task, scheduleWithFixedDelay() should be used. For example, the following code will guarantee a 150-millisecond pause between the end of the current execution and the start of another one.

service.scheduleWithFixedDelay(task, 100, 150, TimeUnit.MILLISECONDS);

According to the scheduleAtFixedRate() and scheduleWithFixedDelay() method contracts, period execution of the task will end at the termination of the ExecutorService or if an exception is thrown during task execution.

7. ExecutorService vs. Fork/Join

After the release of Java 7, many developers decided that the ExecutorService framework should be replaced by the fork/join framework. This is not always the right decision, however. Despite the simplicity of usage and the frequent performance gains associated with fork/join, there is also a reduction in the amount of developer control over concurrent execution.

ExecutorService gives the developer the ability to control the number of generated threads and the granularity of tasks which should be executed by separate threads. The best use case for ExecutorService is the processing of independent tasks, such as transactions or requests according to the scheme “one thread for one task.”

In contrast, according to Oracle's documentation, fork/join was designed to speed up work which can be broken into smaller pieces recursively.

8. Conclusion

Even despite the relative simplicity of ExecutorService, there are a few common pitfalls. Let's summarize them:

Keeping an unused ExecutorService alive: There is a detailed explanation in section 4 of this article about how to shut down an ExecutorService;

Wrong thread-pool capacity while using fixed length thread-pool: It is very important to determine how many threads the application will need to execute tasks efficiently. A thread-pool that is too large will cause unnecessary overhead just to create threads which mostly will be in the waiting mode. Too few can make an application seem unresponsive because of long waiting periods for tasks in the queue;

Calling a Future‘s get() method after task cancellation: An attempt to get the result of an already canceled task will trigger a CancellationException.

Unexpectedly-long blocking with Future‘s get() method: Timeouts should be used to avoid unexpected waits.

Der Code für diesen Artikel ist in einem GitHub-Repository verfügbar.