6.任务执行

在生产环境中，为每个任务分配一个线程这种方法存在一些缺陷，尤其是当需要创建大量的线程时：

• 线程生命周期的开销非常高
• 资源消耗，活跃的线程会消耗系统资源，尤其是内存。
• 稳定性，在可创建线程的数量上存在一个限制。这个限制值将随着平台的不同而不同，并且受多个因素制约，包括JVM的启动参数、Thread构造函数中请求的栈大小，以及底层操作系统对线程的限制等。在32位机器上，其中一个主要的限制因素是线程栈的地址空间。每个线程都维护两个执行栈，一个用于Java代码，另一个用于原生代码。通常JVM在默认情况下会生成一个复合的栈，大小约为0.5MB。(可以通过JVM标志-Xss或者通过Thread的构造函数来修改这个值)。如果将2^32除以每个线程的栈大小，那么线程数量将被限制为几千到几万。其他一些因素，例如操作系统的限制等，则可能会施加更加严格的约束。

线程池，从字面含义来看，是指管理一组同构工作线程的资源池。线程池是与工作队列Work Queue密切相关的，其中在工作队列中保存了所有等待执行的任务。工作者线程Worker Thread的任务很简单：从工作队列中获取一个任务，执行任务，然后返回线程池并等待下一个任务。

可以通过调用Executors中的静态工厂方法之一来创建一个线程池：

• newFixedThreadPool。将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。知道达到线程池的最大数量，这时线程池的规模将不再变化（如果某个线程由于发生了未预期的Exception而结束，那么线程池会补充一个新的线程）
• newCachedThreadPool将创建一个可缓存的线程池，如果线程池的当前规模超过了处理需求时，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任何限制。
• newSingleThreadExecutor是一个单线程的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，会创建另一个线程来替代。newSingleThreadExecutor能确保按照任务在队列中的顺序来串行执行（例如FIFO、LIFO、优先级）。
• newScheduledThreadPool创建了一个固定长度的线程池，而且以延迟或定时的方式来执行任务，类似于Timer。

Executor的实现通常会创建线程来执行任务。但JVM只有在所有非守护线程全部终止后才会退出。因此，如果无法正确地关闭Executor，那么JVM将无法结束。

ExecutorService扩展了Executor接口，添加了一些用于生命周期管理的方法（同时还有一些用于任务提交的便利方法）。ExecutorService的生命周期有3种状态：运行、关闭和已终止。ExecutorService在初始创建时处于运行状态。shutdown方法将执行平缓的关闭过程：不再接受新的任务，同时等待已经提交的任务执行完成——包括那些还未开始执行的任务。shutdownNow方法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。

在ExecutorService关闭后提交的任务将由拒绝执行处理器Rejected Execution Handler来处理，他会抛弃任务，或者使得execute方法抛出一个未检查的RejectedExecutionException。等所有任务都完成后，ExecutorService将转入终止状态。可以调用awaitTermination来等待ExecutorService到达终止状态，或者通过调用isTerminated来轮询ExecutorService是否已经终止。通常在调用awaitTermination之后会立即调用shutdown，从而产生同步地关闭ExecutorService的效果。

Timer类负责管理延迟任务以及周期任务。然而，Timer存在一些缺陷，因此应该考虑使用ScheduledThreadPoolExecutor来代替它。

Timer在执行所有定时任务时置灰创建一个线程。如果某个线程的执行时间过长，那么将破坏其他TimerTask的定时精确性。Timer的另一个问题是，如果TimerTask抛出了一个未检查的异常，那么Timer将表现出糟糕的行为。Timer线程并不捕获异常。因此当TimerTask抛出未检查的异常时将终止定时线程。这种情况下，Timer也不会恢复线程的执行，而是会错误地认为整个Timer都被取消了。因此，已经被调度但尚未执行的TimerTask将不会再执行，新的任务也不能被调度。Java5.0之后将很少使用Timer，应该使用ScheduledThreadPoolExecutor。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它们的延迟时间进行排序。

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。get方法的行为取决于任务的状态（尚未开始、正在运行、已完成）。如果任务已经完成，那么get会立即返回或者抛出一个Exception，如果任务没有完成，那么get将阻塞并直到任务完成。如果任务抛出了异常，那么get将该异常封装为ExecutionException并重新抛出。如果任务被取消，那么get将抛出CancellationException。如果get抛出了ExecutionException，可以通过getCause来获得被封装的初始异常。

CompletionService将Executor和BlockingQueue的功能融合在一起。可以将Callable任务提交给它来执行，然后使用类似于队列操作的take和poll方法来获得已完成的结果，而这些结果会在完成时将被封装为Future。ExecutorCompletionService实现了CompletionService，并将计算部分委托给一个Executor。

ExecutorCompletionService的实现非常简单。在构造函数中创建一个BlockingQueue来保存计算完成的结果。当计算完成时，调用FutureTask的done方法。当提交某个任务时，该任务将首先包装为一个QueueingFuture，这是FutureTask的一个子类，然后再改写子类的done方法，并将结果放入BlockingQueue中。

ExecutorService的invokeAll方法的参数为一组任务，并返回一组Future。invokeAll按照任务结合中迭代器的顺序将所有的Future添加到返回的集合中，从而使调用者能将各个Future与其表示的Callable关联起来。当所有任务都执行完毕时，或者调用线程被中断时，又或者超过指定时限时，invokeAll将返回。但超过指定时限后，任何还未完成的任务都会取消。当invokeAll返回后，每个任务要么正常地完成，要么被取消，而客户端代码可以调用get或isCancelled来判断究竟是何种情况。