Java ExecutorService 使用指南

1. 概述

ExecutorService 是 JDK 提供的一套用于简化异步任务执行的 API。它自动管理线程池，并提供了一套接口来提交任务，使得开发者可以专注于业务逻辑而不是线程管理。

2. 创建 ExecutorService

**2.1. 使用 Executors 工厂方法**

最简单的创建方式是使用 Executors 类提供的静态工厂方法。

比如下面这行代码会创建一个包含 10 个线程的固定大小线程池：

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

除了这个方法外，Executors 还提供了多个工厂方法来创建适用于不同场景的线程池。建议根据具体需求查阅 Oracle 官方文档。

2.2. 直接实例化实现类

由于 ExecutorService 是一个接口，你也可以直接使用其实现类，比如 ThreadPoolExecutor 来进行更灵活的配置：

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

这段代码和 Executors.newSingleThreadExecutor() 的源码几乎一致。大多数情况下，手动配置线程池并不是必须的。

**3. 向 ExecutorService 提交任务**

ExecutorService 支持执行两种类型的任务：Runnable 和 Callable。

为了演示方便，我们用 Lambda 表达式定义两个任务：

Runnable runnableTask = () -> {
    try {
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
};

Callable<String> callableTask = () -> {
    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);
    return "Task's execution";
};

List<Callable<String>> callableTasks = new ArrayList<>();
callableTasks.add(callableTask);
callableTasks.add(callableTask);
callableTasks.add(callableTask);

提交任务的方式有以下几种：

execute()：只适用于 Runnable，无返回值。
submit()：支持 Runnable 和 Callable，返回 Future。
invokeAny()：并发执行多个任务，返回首个成功执行的结果。
invokeAll()：并发执行多个任务，返回所有结果。

示例：

executorService.execute(runnableTask);

Future<String> future = executorService.submit(callableTask);

String result = executorService.invokeAny(callableTasks);

List<Future<String>> futures = executorService.invokeAll(callableTasks);

4. 关闭 ExecutorService

⚠️ 注意：**ExecutorService 不会自动关闭**，即使没有任务在执行。它会持续等待新任务，导致 JVM 无法正常退出。

正确的关闭方式包括：

shutdown()：停止接收新任务，等当前任务执行完后关闭。
shutdownNow()：立即尝试关闭，不保证所有任务都已完成。

✅ 推荐的优雅关闭方式（Oracle 官方推荐）：

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

这种方式会先停止接收新任务，然后最多等待 800ms，超时则强制关闭。

**5. Future 接口详解**

submit() 和 invokeAll() 方法返回 Future 对象，可以用于获取任务执行结果或判断任务状态。

获取结果

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

⚠️ 注意：调用 get() 会阻塞当前线程，直到任务完成。

设置超时避免无限等待

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

如果超过 200ms 任务仍未完成，将抛出 TimeoutException。

其他常用方法

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

**6. ScheduledExecutorService 定时任务**

ScheduledExecutorService 支持延迟执行和周期性执行任务。

创建方式

ScheduledExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();

延迟执行

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

固定频率执行

executorService.scheduleAtFixedRate(runnableTask, 100, 450, TimeUnit.MILLISECONDS);

固定延迟执行

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

⚠️ 注意：

scheduleAtFixedRate() 是固定频率，但如果任务执行时间超过周期，会等待当前任务完成。
scheduleWithFixedDelay() 是每次任务完成后固定延迟再执行下一次。

**7. ExecutorService vs Fork/Join**

虽然 Fork/Join 框架在 Java 7 后很流行，但并不适合所有场景。

✅ ExecutorService 更适合处理独立任务，比如每个请求一个线程。
✅ Fork/Join 适用于可递归拆分的任务，比如分治算法。

8. 常见踩坑总结

❌ 忘记关闭 ExecutorService：导致 JVM 无法退出。

❌ 线程池大小设置不当：

过大：浪费资源，线程频繁切换。
过小：任务排队，响应慢。

❌ **调用已取消任务的 get()**：会抛出 CancellationException。

❌ **长时间阻塞 get()**：建议使用超时机制避免性能问题。

📌 本文代码示例可参考 GitHub 仓库。

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