任务执行（第六章）

2023年9月7日 418次阅读

任务执行

任务边界：当围绕“任务执行”来设计应用程序时，第一步就是要找出清晰的任务边界。

1.为每个任务创建一个线程的风险：

  1. 线程生命周期的开销非常高：线程的创建于销毁
  2. 资源消耗：活跃的线程会消耗系统资源，尤其是内存。如果可运行的线程数量多于可用处理器的数量，那么有些线程将闲置。所以，如果已经拥有足够多的线程使CPU保持忙碌状态，那么创建再多的线程反而会降低性能

  3. 稳定性：在可创建线程的数量上存在一定限制，这个闲置值将随平台的不同而不同，并且受多个因素闲置。如果破坏了这些限制，那么可能抛出OutOfMemoryError异常

    
       应该对程序中创建的线程数量进行限制。

2. Executor框架

    在Java中，执行任务的主要抽象不是Thread，而是Executor。
    
public interface Executor {
       void execute(Runnable command);
}

Executor框架能支持多种不同类型的任务执行策略，它提供了一种标准的方法将任务的提交过程与执行过程解耦，并用Runnable来表示任务。Executor的实现还提供了对生命周期的支持，以及统计信息收集、应用程序管理机制和性能监视等机制。
Executor基于生产者—-消费者模式，提交任务的操作相当于生产者，执行任务的线程相当于消费者。

  1. Executor的生命周期

JVM只有在所有（非守护）线程都终止后才会退出，因此，如果Executor没有正确关闭，那么JVM将无法退出。
Executor执行的任务有4个证明周期阶段：创建、提交、开始和完成。已提交但尚未开始的任务可以取消，但对于已经开始执行的任务，只有当他们响应中断时才能取消。
Executor扩展了ExecutorService接口，用于管理生命周期：

//Executor的生命周期有3中运行状态：运行、关闭和已终止。
public interface ExecutorService extends Executor {
    /*shutdown执行平稳的关闭过程：不再接受新任务，同时等待已提交的任务执行完----包括那些还未开始执行的任务*/
    void shutdown();
    /*shutdownNow将执行粗暴的关闭过程：它将尝试取消所有运行中的任务，并且不再启动队列中尚未开始执行的任务*/
    List<Runnable> shutdownNow();
    boolean isShutdown();
    boolean isTerminated();
    boolean awaitTermination(long timeout,TimeUnit unit) throws InterruptedExecutor;
}

Executor的缺陷：

  1. Executor使用Runnable作为基本的任务标志形式，但Runnable中的run()不能返回值也不能抛出异常

3.执行策略

在执行策略中定义了任务执行的“What、Where、When、How”等方面。包括：

    1. 在什么（what）线程中执行
    2. 任务按照什么顺序（FIFO、LIFO、优先级）执行
    3. 有多少个（how many）任务能并发执行
    4. 在队列中有多少个（how many）任务等待执行
    5. 如果系统由于过载而需要拒绝一个任务，那么应该选择哪一个（which）任务？另外如何（how）通知应用程序有任务被拒绝
    6. 在执行一个任务之前或之后，应该进行哪些（what）动作

4.线程池

线程池指管理一组同构工作线程的资源池。
可以通过调用Executor中的一些静态函数创建线程池：

  1. newFixedThreadPool：创建一个固定长度的线程池，每当提交一个任务时就创建一个线程，直到创建的线程数量达到最大，此后线程的数量不会再变化。如果某个线程由于发生未预期的Exception而结束，那么线程会补充一个新的线程
  2. newCachedThreadPool：创建一个可缓存的线程池，如果线程池的规模超过了处理需求，那么将回收空闲的线程，而当需求增加时，则可以添加新的线程，线程池的规模不存在人任何限制
  3. newSingleThreadExecutor：单线程的Executor，它创建单个工作者线程来执行任务，如果这个线程异常结束，会创建一个新的线程来代替，其能确保依照任务在队列中的顺序串行序执行

  4. new ScheduledThreadPool：创建一个固定长度的线程池，而且以延时或定时的方式来执行顺序

        “在线程池中执行任务”要比“为每个任务分配一个线程”优势更多。

5.延迟任务与周期任务

Timer类负责管理延迟任务以及周期任务，但是Timer类存在一些缺陷，应该考虑使用ScheduledThreadPool类代替它。
Timer类的缺陷

  1. Timer在执行所有定时任务时只会创建一个线程，如果某个任务的延时时间过长，那么将破坏其他TimerTask的定时精确性。

  2. 如果TimerTask抛出了一个未受检查的异常，由于Timer线程并不捕获异常，因此Timer将终止线程的执行。

        如果要构建自己的调度服务，那么可以使用DelayQueue，它实现了BlockingQueue，并为ScheduledThreadPoolExecutor提供调度功能。DelayQueue管理着一组Delayed对象，每个Delayed对象都有一个相应的延迟时间：在DelayQueue中，只有某个元素逾期后，才能从DelayQueue中执行take操作，从DelayQueue中返回的对象将根据他们的延迟时间进行排序。

6.Callable与Future

Callable提供了一种相比Runnable更好的抽象：call,call()有返回值（要用Callable表示无返回值的任务，使用Callable），并且允许抛出异常。
Future表示一个任务的生命周期，并提供了相应的方法来判断是否已经完成或取消，以及获取任务的结果和取消任务等。Future意味着任务的生命周期只能前进，不能后退。
如果任务抛出了异常，那么get将异常封装为ExecutorException并重新抛出，并且可以通过getCause来获得被封装的初始异常，如果任务被取消，那么get将抛出 CancellationException

public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception；
}
public interface Future<V> {
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    boolean isCancelled();
    boolean isDone();
    V get() throws InterruptedException,ExecutionException，
            CancellationException;
    V get(long timeOut,TimeUnit unit) throws InterruptedException,ExecutionException，
            CancellationException,TimeoutException;
}
    只有当大量相互独立且同构的任务可以并发处理时，才能体现出将程序的工作负载分配到多个任务中带来的性能提升。
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