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如何判断线程池任务执行完?

作者:王磊
  • 2023-08-04
    陕西
  • 本文字数:4160 字

    阅读完需:约 14 分钟

如何判断线程池任务执行完?

无论是在项目开发中,还是在面试中过程中,总会被问到或使用到并发编程来完成项目中的某个功能。


例如某个复杂的查询,无法使用一个查询语句来完成此功能,此时我们就需要执行多个查询语句,然后再将各自查询的结果,组装之后返回给前端了,那么这种场景下,我们就必须使用线程池来进行并发查询了。


PS:磊哥做的最复杂的查询,总共关联了 21 张表,在和产品及需求方的沟通多次沟通下,才将查询的业务从 21 张表,降到了至少要查询 12 张表(非常难搞),那么这种场景下是无法使用一个查询语句来实现的,那么并发查询是必须要给安排上的。

1.需求分析

线程池的使用并不复杂,麻烦的是如何判断线程池中的任务已经全部执行完了?因为我们要等所有任务都执行完之后,才能进行数据的组装和返回,所以接下来,我们就来看如何判断线程中的任务是否已经全部执行完?

2.实现概述

判断线程池中的任务是否执行完的方法有很多,比如以下几个:


  1. 使用 getCompletedTaskCount() 统计已经执行完的任务,和 getTaskCount() 线程池的总任务进行对比,如果相等则说明线程池的任务执行完了,否则既未执行完。

  2. 使用 FutureTask 等待所有任务执行完,线程池的任务就执行完了。

  3. 使用 CountDownLatch 或 CyclicBarrier 等待所有线程都执行完之后,再执行后续流程。


具体实现代码如下。

3.具体实现

3.1 统计完成任务数

通过判断线程池中的计划执行任务数和已完成任务数,来判断线程池是否已经全部执行完,如果计划执行任务数=已完成任务数,那么线程池的任务就全部执行完了,否则就未执行完。


示例代码如下:


private static void isCompletedByTaskCount(ThreadPoolExecutor threadPool) {    while (threadPool.getTaskCount() != threadPool.getCompletedTaskCount()) {    }}
复制代码


以上程序执行结果如下:



方法说明


  • getTaskCount():返回计划执行的任务总数。由于任务和线程的状态可能在计算过程中动态变化,因此返回的值只是一个近似值。

  • getCompletedTaskCount():返回完成执行任务的总数。因为任务和线程的状态可能在计算过程中动态地改变,所以返回的值只是一个近似值,但是在连续的调用中并不会减少。


缺点分析


此判断方法的缺点是 getTaskCount() 和 getCompletedTaskCount() 返回的是一个近似值,因为线程池中的任务和线程的状态可能在计算过程中动态变化,所以它们两个返回的都是一个近似值。

3.2 FutureTask

FutrueTask 的优势是任务判断精准,调用每个 FutrueTask 的 get 方法就是等待该任务执行完,如下代码所示:


import java.util.concurrent.ExecutionException;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.FutureTask;
/** * 使用 FutrueTask 等待线程池执行完全部任务 */public class FutureTaskDemo { public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { // 创建一个固定大小的线程池 ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3); // 创建任务 FutureTask<Integer> task1 = new FutureTask<>(() -> { System.out.println("Task 1 start"); Thread.sleep(2000); System.out.println("Task 1 end"); return 1; }); FutureTask<Integer> task2 = new FutureTask<>(() -> { System.out.println("Task 2 start"); Thread.sleep(3000); System.out.println("Task 2 end"); return 2; }); FutureTask<Integer> task3 = new FutureTask<>(() -> { System.out.println("Task 3 start"); Thread.sleep(1500); System.out.println("Task 3 end"); return 3; }); // 提交三个任务给线程池 executor.submit(task1); executor.submit(task2); executor.submit(task3);
// 等待所有任务执行完毕并获取结果 int result1 = task1.get(); int result2 = task2.get(); int result3 = task3.get(); System.out.println("Do main thread."); }}
复制代码


以上程序的执行结果如下:


3.3 CountDownLatch 和 CyclicBarrier

CountDownLatch 和 CyclicBarrier 类似,都是等待所有任务到达某个点之后,再进行后续的操作,如下图所示:



CountDownLatch 使用的示例代码如下:


public static void main(String[] args) throws InterruptedException {    // 创建线程池    ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(10, 20,      0, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<>(1024));    final int taskCount = 5;    // 任务总数    // 单次计数器    CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(taskCount); // ①    // 添加任务    for (int i = 0; i < taskCount; i++) {        final int finalI = i;        threadPool.submit(new Runnable() {            @Override            public void run() {                try {                    // 随机休眠 0-4s                    int sleepTime = new Random().nextInt(5);                    TimeUnit.SECONDS.sleep(sleepTime);                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                }                System.out.println(String.format("任务%d执行完成", finalI));                // 线程执行完,计数器 -1                countDownLatch.countDown();  // ②            }        });    }    // 阻塞等待线程池任务执行完    countDownLatch.await();  // ③    // 线程池执行完    System.out.println();    System.out.println("线程池任务执行完成!");}
复制代码


代码说明:以上代码中标识为 ①、②、③ 的代码行是核心实现代码,其中:

① 是声明一个包含了 5 个任务的计数器;

② 是每个任务执行完之后计数器 -1;

③ 是阻塞等待计数器 CountDownLatch 减为 0,表示任务都执行完了,可以执行 await 方法后面的业务代码了。


以上程序的执行结果如下:



缺点分析


CountDownLatch 缺点是计数器只能使用一次,CountDownLatch 创建之后不能被重复使用。


CyclicBarrier 和 CountDownLatch 类似,它可以理解为一个可以重复使用的循环计数器,CyclicBarrier 可以调用 reset 方法将自己重置到初始状态,CyclicBarrier 具体实现代码如下:


public static void main(String[] args) throws InterruptedException {    // 创建线程池    ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(10, 20,      0, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<>(1024));    final int taskCount = 5;    // 任务总数    // 循环计数器 ①    CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(taskCount, new Runnable() {        @Override        public void run() {            // 线程池执行完            System.out.println();            System.out.println("线程池所有任务已执行完!");        }    });    // 添加任务    for (int i = 0; i < taskCount; i++) {        final int finalI = i;        threadPool.submit(new Runnable() {            @Override            public void run() {                try {                    // 随机休眠 0-4s                    int sleepTime = new Random().nextInt(5);                    TimeUnit.SECONDS.sleep(sleepTime);                    System.out.println(String.format("任务%d执行完成", finalI));                    // 线程执行完                    cyclicBarrier.await(); // ②                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                } catch (BrokenBarrierException e) {                    e.printStackTrace();                }            }        });    }}
复制代码


以上程序的执行结果如下:



方法说明


CyclicBarrier 有 3 个重要的方法:


  1. 构造方法:构造方法可以传递两个参数,参数 1 是计数器的数量 parties,参数 2 是计数器为 0 时,也就是任务都执行完之后可以执行的事件(方法)。

  2. await 方法:在 CyclicBarrier 上进行阻塞等待,当调用此方法时 CyclicBarrier 的内部计数器会 -1,直到发生以下情形之一:

  3. 在 CyclicBarrier 上等待的线程数量达到 parties,也就是计数器的声明数量时,则所有线程被释放,继续执行。

  4. 当前线程被中断,则抛出 InterruptedException 异常,并停止等待,继续执行。

  5. 其他等待的线程被中断,则当前线程抛出 BrokenBarrierException 异常,并停止等待,继续执行。

  6. 其他等待的线程超时,则当前线程抛出 BrokenBarrierException 异常,并停止等待,继续执行。

  7. 其他线程调用 CyclicBarrier.reset() 方法,则当前线程抛出 BrokenBarrierException 异常,并停止等待,继续执行。

  8. reset 方法:使得 CyclicBarrier 回归初始状态,直观来看它做了两件事:

  9. 如果有正在等待的线程,则会抛出 BrokenBarrierException 异常,且这些线程停止等待,继续执行。

  10. 将是否破损标志位 broken 置为 false。


优缺点分析


CyclicBarrier 从设计的复杂度到使用的复杂度都高于 CountDownLatch,相比于 CountDownLatch 来说它的优点是可以重复使用(只需调用 reset 就能恢复到初始状态),缺点是使用难度较高。

小结

在实现判断线程池任务是否执行完成的方案中,通过统计线程池执行完任务的方式(实现方法 1),以及实现方法 3(CountDownLatch 或 CyclicBarrier)等统计,都是“不记名”的,只关注数量,不关注(具体)对象,所以这些方式都有可能受到外界代码的影响,因此使用 FutureTask 等待具体任务执行完的方式是最推荐的判断方法。


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本文已收录到我的面试小站 www.javacn.site,其中包含的内容有:Redis、JVM、并发、并发、MySQL、Spring、Spring MVC、Spring Boot、Spring Cloud、MyBatis、设计模式、消息队列等模块。

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公众号:Java中文社群 2018-08-25 加入

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