Java多线程编程 | AI生成和翻译
让我们深入探讨 Java 多线程以及如何有效使用 Executor 框架。多线程允许程序并发运行多个任务，从而提升 I/O 密集型或 CPU 密集型操作的性能。Executor 框架通过抽象底层的线程创建和处理过程，简化了线程管理。我将先介绍基础知识，然后演示如何使用 Executor 及相关工具。
1. Java 多线程基础
Java 提供两种主要创建线程的方式：
- 继承
Thread类：
class MyThread extends Thread {
public void run() {
System.out.println("Thread running: " + Thread.currentThread().getName());
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
MyThread thread = new MyThread();
thread.start(); // 启动线程
}
}
- 实现
Runnable接口：
class MyRunnable implements Runnable {
public void run() {
System.out.println("Runnable running: " + Thread.currentThread().getName());
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
thread.start();
}
}
- 调用
start()（而非run()）来启动线程——run()仅在当前线程中执行代码。
2. 为何使用 Executor？
手动创建线程适用于简单场景，但管理大量任务时效率低下（例如线程开销、资源耗尽）。Executor 框架（Java 5 引入，位于 java.util.concurrent 包）提供了线程池和任务管理系统，使多线程更清晰且更具扩展性。
3. 使用 ExecutorService
ExecutorService 接口（Executor 的子接口）是核心工具。以下是其用法：
步骤 1：创建 ExecutorService
使用 Executors 工具类创建线程池：
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 创建包含 4 个线程的固定大小线程池
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
// 提交任务
for (int i = 0; i < 10; i++) {
executor.submit(() -> {
System.out.println("Task executed by: " + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(1000); // 模拟工作
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
});
}
// 关闭执行器
executor.shutdown(); // 阻止新任务提交，等待现有任务完成
}
}
newFixedThreadPool(4)创建包含 4 个线程的池，超额任务在队列中等待。submit()接受Runnable或Callable任务（Callable可返回结果）。
常见执行器类型
Executors.newSingleThreadExecutor()：单线程，按顺序处理任务。Executors.newCachedThreadPool()：按需创建线程，重用空闲线程（适用于短时任务）。Executors.newScheduledThreadPool(n)：用于延迟或周期性任务调度。
4. 使用 Callable 和 Future 处理结果
若需获取任务结果，使用 Callable 替代 Runnable：
import java.util.concurrent.*;
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
// 提交 Callable 任务
Future<Integer> future = executor.submit(() -> {
Thread.sleep(1000);
return 42;
});
// 任务运行时执行其他工作
System.out.println("Task submitted...");
// 获取结果（阻塞直至完成）
Integer result = future.get();
System.out.println("Result: " + result);
executor.shutdown();
}
}
Future.get()获取结果，若任务未完成则阻塞。- 使用
future.isDone()非阻塞检查任务是否完成。
5. 进阶：线程池调优
实际应用中可能需要自定义 ThreadPoolExecutor：
import java.util.concurrent.*;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 自定义线程池：2-4 个线程，队列容量 10
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
2, // 核心线程数
4, // 最大线程数
60L, // 空闲线程超时时间
TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<>(10) // 任务队列
);
for (int i = 0; i < 15; i++) {
executor.execute(() -> {
System.out.println("Task by: " + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
});
}
executor.shutdown();
}
}
- 核心线程数（2）：保持活跃的最小线程数。
- 最大线程数（4）：队列满时可创建的最大线程数。
- 队列：所有线程繁忙时容纳任务。
6. 最佳实践
- 正确关闭：始终调用
shutdown()或shutdownNow()避免资源泄漏。 - 处理中断：在循环中检查
Thread.currentThread().isInterrupted()。 - 避免过载：过多线程会降低性能——根据 CPU 核心数调整池大小（例如
Runtime.getRuntime().availableProcessors()）。 - 结合
try-finally使用ExecutorService：ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4); try { // 提交任务 } finally { executor.shutdown(); }
结合 Log4j 的示例（整合应用）
将多线程与之前讨论的 Log4j 结合：
import org.apache.logging.log4j.LogManager;
import org.apache.logging.log4j.Logger;
import java.util.concurrent.*;
public class Main {
private static final Logger logger = LogManager.getLogger(Main.class);
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
final int taskId = i;
executor.submit(() -> {
logger.info("Task {} started by {}", taskId, Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
logger.error("Task {} interrupted", taskId, e);
Thread.currentThread().interrupt();
}
logger.info("Task {} completed", taskId);
});
}
executor.shutdown();
}
}
配合之前配置的 log4j2.xml，此代码会将任务进度记录到控制台和文件。