Android线程池（七）ExecutorService接口、Executor接口和ScheduledExecutorService接口的源码解析

ThreadPoolExecutor继承自AbstractExecutorService类，AbstractExecutorService类实现了ExecutorService接口，而ExecutorService类又继承自Executor接口。ScheduledExecutorService接口继承自ExecutorService接口。

ExecutorService概念

Executor 提供了管理终止的方法，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。

可以关闭 ExecutorService，这将导致其拒绝新任务。提供两个方法来关闭 ExecutorService。shutdown() 方法在终止前允许执行以前提交的任务，而 shutdownNow() 方法阻止等待任务启动并试图停止当前正在执行的任务。在终止时，执行程序没有任务在执行，也没有任务在等待执行，并且无法提交新任务。应该关闭未使用的 ExecutorService 以允许回收其资源。

通过创建并返回一个可用于取消执行和/或等待完成的 Future，方法 submit 扩展了基本方法 Executor.execute(java.lang.Runnable)。方法 invokeAny 和 invokeAll 是批量执行的最常用形式，它们执行任务 collection，然后等待至少一个，或全部任务完成（可使用 ExecutorCompletionService 类来编写这些方法的自定义变体）。

Executors 类提供了用于此包中所提供的执行程序服务的工厂方法。

用法示例

下面给出了一个网络服务的简单结构，这里线程池中的线程作为传入的请求。它使用了预先配置的

Executors.newFixedThreadPool(int) 工厂方法：

class NetworkService implements Runnable {
private final ServerSocket serverSocket;
private final ExecutorService pool;

public NetworkService(int port, int poolSize)
throws IOException {
serverSocket = new ServerSocket(port);
pool = Executors.newFixedThreadPool(poolSize);
}

public void run() { // run the service
try {
for (;;) {
pool.execute(new Handler(serverSocket.accept()));
}
} catch (IOException ex) {
pool.shutdown();
}
}
}

class Handler implements Runnable {
private final Socket socket;
Handler(Socket socket) { this.socket = socket; }
public void run() {
// read and service request on socket
}
}

下列方法分两个阶段关闭 ExecutorService。第一阶段调用 shutdown 拒绝传入任务，然后调用 shutdownNow（如有必要）取消所有遗留的任务：

void shutdownAndAwaitTermination(ExecutorService pool) {
pool.shutdown(); // 禁止提交新任务
try {
// 等待一段时间，现有任务终止
if (!pool.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) {
pool.shutdownNow(); // 取消当前正在执行的任务
// 等待一段时间的任务回应被取消
if (!pool.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS))
System.err.println("Pool did not terminate");
}
} catch (InterruptedException ie) {
// （重新）如果当前线程也中断，则取消
pool.shutdownNow();
// 保留中断状态
Thread.currentThread().interrupt();
}
}

内存一致性效果：线程中向 ExecutorService 提交 Runnable 或 Callable 任务之前的操作 happen-before 由该任务所提取的所有操作，后者依次 happen-before 通过 Future.get() 获取的结果。

ExecutorService源码

package java.util.concurrent;

import java.util.Collection;
import java.util.List;

public interface ExecutorService extends Executor {

/**
启动一次顺序关闭，执行以前提交的任务，但不接受新任务。如果已经关闭，则调用没有其他作用。
抛出：
SecurityException - 如果安全管理器存在并且关闭，
此 ExecutorService 可能操作某些不允许调用者修改的线程（因为它没有保持 RuntimePermission ("modifyThread")）
，或者安全管理器的 checkAccess 方法拒绝访问。
*/
void shutdown();

/**
试图停止所有正在执行的活动任务，暂停处理正在等待的任务，并返回等待执行的任务列表。
无法保证能够停止正在处理的活动执行任务，但是会尽力尝试。
例如，通过 Thread.interrupt() 来取消典型的实现，所以任何任务无法响应中断都可能永远无法终止。

返回：
从未开始执行的任务的列表
抛出：
SecurityException - 如果安全管理器存在并且关闭，
此 ExecutorService 可能操作某些不允许调用者修改的线程（因为它没有保持 RuntimePermission ("modifyThread")），
或者安全管理器的 checkAccess 方法拒绝访问。
*/
List<Runnable> shutdownNow();

/**
如果此执行程序已关闭，则返回 true。
返回：
如果此执行程序已关闭，则返回 true
*/
boolean isShutdown();

/**
如果关闭后所有任务都已完成，则返回 true。注意，除非首先调用 shutdown 或 shutdownNow，否则 isTerminated 永不为 true。
返回：
如果关闭后所有任务都已完成，则返回 true
*/
boolean isTerminated();

/**
请求关闭、发生超时或者当前线程中断，无论哪一个首先发生之后，都将导致阻塞，直到所有任务完成执行。
参数：
timeout - 最长等待时间
unit - timeout 参数的时间单位
返回：
如果此执行程序终止，则返回 true；如果终止前超时期满，则返回 false
抛出：
InterruptedException - 如果等待时发生中断
*/
boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException;

/**
提交一个返回值的任务用于执行，返回一个表示任务的未决结果的 Future。
该 Future 的 get 方法在成功完成时将会返回该任务的结果。
如果想立即阻塞任务的等待，则可以使用 result = exec.submit(aCallable).get(); 形式的构造。

注：Executors 类包括了一组方法，可以转换某些其他常见的类似于闭包的对象，
例如，将 PrivilegedAction 转换为 Callable 形式，这样就可以提交它们了。

参数：
task - 要提交的任务
返回：
表示任务等待完成的 Future
抛出：
RejectedExecutionException - 如果任务无法安排执行
NullPointerException - 如果该任务为 null
*/
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);

/**
提交一个 Runnable 任务用于执行，并返回一个表示该任务的 Future。
该 Future 的 get 方法在成功完成时将会返回给定的结果。
参数：
task - 要提交的任务
result - 返回的结果
返回：
表示任务等待完成的 Future
抛出：
RejectedExecutionException - 如果任务无法安排执行
NullPointerException - 如果该任务为 null
*/
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);

/**
提交一个 Runnable 任务用于执行，并返回一个表示该任务的 Future。该 Future 的 get 方法在 成功 完成时将会返回 null。
参数：
task - 要提交的任务
返回：
表示任务等待完成的 Future
抛出：
RejectedExecutionException - 如果任务无法安排执行
NullPointerException - 如果该任务为 null

*/
Future<?> submit(Runnable task);

/**
执行给定的任务，当所有任务完成时，返回保持任务状态和结果的 Future 列表。返回列表的所有元素的 Future.isDone() 为 true。注意，可以正常地或通过抛出异常来终止 已完成 任务。如果正在进行此操作时修改了给定的 collection，则此方法的结果是不确定的。
参数：
tasks - 任务 collection
返回：
表示任务的 Future 列表，列表顺序与给定任务列表的迭代器所生成的顺序相同，每个任务都已完成。
抛出：
InterruptedException - 如果等待时发生中断，在这种情况下取消尚未完成的任务。
NullPointerException - 如果任务或其任意元素为 null
RejectedExecutionException - 如果所有任务都无法安排执行
*/
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
throws InterruptedException;

/**
执行给定的任务，当所有任务完成或超时期满时（无论哪个首先发生），返回保持任务状态和结果的 Future 列表。
返回列表的所有元素的 Future.isDone() 为 true。
一旦返回后，即取消尚未完成的任务。
注意，可以正常地或通过抛出异常来终止 已完成 任务。
如果此操作正在进行时修改了给定的 collection，则此方法的结果是不确定的。
参数：
tasks - 任务 collection
timeout - 最长等待时间
unit - timeout 参数的时间单位
返回：
表示任务的 Future 列表，列表顺序与给定任务列表的迭代器所生成的顺序相同。
如果操作未超时，则已完成所有任务。
如果确实超时了，则某些任务尚未完成。
抛出：
InterruptedException - 如果等待时发生中断，在这种情况下取消尚未完成的任务
NullPointerException - 如果任务或其任意元素或 unit 为 null
RejectedExecutionException - 如果所有任务都无法安排执行
*/
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException;

/**
执行给定的任务，如果某个任务已成功完成（也就是未抛出异常），则返回其结果。
一旦正常或异常返回后，则取消尚未完成的任务。
如果此操作正在进行时修改了给定的 collection，则此方法的结果是不确定的。
参数：
tasks - 任务 collection
返回：
某个任务返回的结果
抛出：
InterruptedException - 如果等待时发生中断
NullPointerException - 如果任务或其任意元素为 null
IllegalArgumentException - 如果任务为空
ExecutionException - 如果没有任务成功完成
RejectedExecutionException - 如果任务无法安排执行
*/
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
throws InterruptedException, ExecutionException;

/**
执行给定的任务，如果在给定的超时期满前某个任务已成功完成（也就是未抛出异常），则返回其结果。
一旦正常或异常返回后，则取消尚未完成的任务。
如果此操作正在进行时修改了给定的 collection，则此方法的结果是不确定的。
参数：
tasks - 任务 collection
timeout - 最长等待时间
unit - timeout 参数的时间单位
返回：
某个任务返回的结果
抛出：
InterruptedException - 如果等待时发生中断
NullPointerException - 如果任务或其任意元素或 unit 为 null
TimeoutException - 如果在所有任务成功完成之前给定的超时期满
ExecutionException - 如果没有任务成功完成
RejectedExecutionException - 如果任务无法安排执行
*/
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

接口Executor的概念

执行已提交的 Runnable 任务的对象。此接口提供一种将任务提交与每个任务将如何运行的机制（包括线程使用的细节、调度等）分离开来的方法。通常使用 Executor 而不是显式地创建线程。例如，可能会使用以下方法，而不是为一组任务中的每个任务调用 new Thread(new(RunnableTask())).start()：

Executor executor = anExecutor;
executor.execute(new RunnableTask1());
executor.execute(new RunnableTask2());
...

不过，Executor 接口并没有严格地要求执行是异步的。在最简单的情况下，执行程序可以在调用者的线程中立即运行已提交的任务：

class DirectExecutor implements Executor {
public void execute(Runnable r) {
r.run();
}
}

更常见的是，任务是在某个不是调用者线程的线程中执行的。以下执行程序将为每个任务生成一个新线程。

class ThreadPerTaskExecutor implements Executor {
public void execute(Runnable r) {
new Thread(r).start();
}
}

许多 Executor 实现都对调度任务的方式和时间强加了某种限制。以下执行程序使任务提交与第二个执行程序保持连续，这说明了一个复合执行程序。

class SerialExecutor implements Executor {
final Queue<Runnable> tasks = new ArrayDeque<Runnable>();
final Executor executor;
Runnable active;

SerialExecutor(Executor executor) {
this.executor = executor;
}

public synchronized void execute(final Runnable r) {
tasks.offer(new Runnable() {
public void run() {
try {
r.run();
} finally {
scheduleNext();
}
}
});
if (active == null) {
scheduleNext();
}
}

protected synchronized void scheduleNext() {
if ((active = tasks.poll()) != null) {
executor.execute(active);
}
}
}

此包中提供的 Executor 实现实现了 ExecutorService，这是一个使用更广泛的接口。ThreadPoolExecutor 类提供一个可扩展的线程池实现。Executors 类为这些 Executor 提供了便捷的工厂方法。

内存一致性效果：线程中将 Runnable 对象提交到 Executor 之前的操作 happen-before 其执行开始（可能在另一个线程中）。

接口Executor的源码

public interface Executor {

/**
在未来某个时间执行给定的命令。该命令可能在新的线程、已入池的线程或者正调用的线程中执行，这由 Executor 实现决定。
参数：
command - 可运行的任务
抛出：
RejectedExecutionException - 如果不能接受执行此任务。
NullPointerException - 如果命令为 null
*/
void execute(Runnable command);
}

接口ScheduledExecutorService的概念

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

schedule 方法使用各种延迟创建任务，并返回一个可用于取消或检查执行的任务对象。scheduleAtFixedRate 和 scheduleWithFixedDelay 方法创建并执行某些在取消前一直定期运行的任务。

用 Executor.execute(java.lang.Runnable) 和 ExecutorService 的 submit 方法所提交的命令，通过所请求的 0 延迟进行安排。schedule 方法中允许出现 0 和负数延迟（但不是周期），并将这些视为一种立即执行的请求。

所有的 schedule 方法都接受相对 延迟和周期作为参数，而不是绝对的时间或日期。将以 Date 所表示的绝对时间转换成要求的形式很容易。例如，要安排在某个以后的 Date 运行，可以使用：schedule(task, date.getTime() - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS)。但是要注意，由于网络时间同步协议、时钟漂移或其他因素的存在，因此相对延迟的期满日期不必与启用任务的当前 Date 相符。 Executors 类为此包中所提供的 ScheduledExecutorService 实现提供了便捷的工厂方法。

用法示例

以下是一个带方法的类，它设置了 ScheduledExecutorService ，在 1 小时内每 10 秒钟蜂鸣一次：

import static java.util.concurrent.TimeUnit.*;
class BeeperControl {
private final ScheduledExecutorService scheduler =
Executors.newScheduledThreadPool(1);

public void beepForAnHour() {
final Runnable beeper = new Runnable() {
public void run() { System.out.println("beep"); }
};
final ScheduledFuture<?> beeperHandle =
scheduler.scheduleAtFixedRate(beeper, 10, 10, SECONDS);
scheduler.schedule(new Runnable() {
public void run() { beeperHandle.cancel(true); }
}, 60 * 60, SECONDS);
}
}

接口ScheduledExecutorService的源码

public interface ScheduledExecutorService extends ExecutorService {

/**
创建并执行在给定延迟后启用的一次性操作。
参数：
command - 要执行的任务
delay - 从现在开始延迟执行的时间
unit - 延迟参数的时间单位
返回：
表示挂起任务完成的 ScheduledFuture，并且其 get() 方法在完成后将返回 null
抛出：
RejectedExecutionException - 如果无法安排执行该任务
NullPointerException - 如果 command 为 null
*/
public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command,
long delay, TimeUnit unit);

/**
创建并执行在给定延迟后启用的 ScheduledFuture。
参数：
callable - 要执行的功能
delay - 从现在开始延迟执行的时间
unit - 延迟参数的时间单位
返回：
可用于提取结果或取消的 ScheduledFuture
抛出：
RejectedExecutionException - 如果无法安排执行该任务
NullPointerException - 如果 callable 为 null
*/
public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable,
long delay, TimeUnit unit);

/**
创建并执行一个在给定初始延迟后首次启用的定期操作，后续操作具有给定的周期；
也就是将在 initialDelay 后开始执行，然后在 initialDelay+period 后执行，接着在 initialDelay + 2 * period 后执行，依此类推。
如果任务的任何一个执行遇到异常，则后续执行都会被取消。否则，只能通过执行程序的取消或终止方法来终止该任务。
如果此任务的任何一个执行要花费比其周期更长的时间，则将推迟后续执行，但不会同时执行。
参数：
command - 要执行的任务
initialDelay - 首次执行的延迟时间
period - 连续执行之间的周期
unit - initialDelay 和 period 参数的时间单位
返回：
表示挂起任务完成的 ScheduledFuture，并且其 get() 方法在取消后将抛出异常
抛出：
RejectedExecutionException - 如果无法安排执行该任务
NullPointerException - 如果 command 为 null
IllegalArgumentException - 如果 period 小于等于 0

*/
public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,
long initialDelay,
long period,
TimeUnit unit);

/**
创建并执行一个在给定初始延迟后首次启用的定期操作，
随后，在每一次执行终止和下一次执行开始之间都存在给定的延迟。
如果任务的任一执行遇到异常，就会取消后续执行。
否则，只能通过执行程序的取消或终止方法来终止该任务。
参数：
command - 要执行的任务
initialDelay - 首次执行的延迟时间
delay - 一次执行终止和下一次执行开始之间的延迟
unit - initialDelay 和 delay 参数的时间单位
返回：
表示挂起任务完成的 ScheduledFuture，并且其 get() 方法在取消后将抛出异常
抛出：
RejectedExecutionException - 如果无法安排执行该任务
NullPointerException - 如果 command 为 null。
IllegalArgumentException - 如果 delay 小于等于 0
*/
public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
long initialDelay,
long delay,
TimeUnit unit);

}

参考

ExecutorService接口中文文档

ScheduledExecutorService接口中文文档

ScheduledExecutorService接口中文文档