三分钟掌握 Java 线程池 Executor 框架的体系结构
Executor框架是Java并发包中用于解耦任务提交和执行的重要部分。
- 顶层接口是Executor，它只有一个execute方法。
- 然后是ExecutorService，扩展了Executor，增加了生命周期管理和任务跟踪的方法。
- ThreadPoolExecutor则是具体的实现类。
Executor框架体系结构详解
Java线程池的核心设计基于Executor框架，这是一个典型的命令模式实现，将任务提交与执行逻辑解耦。其核心类/接口的层次结构如下：
(顶层接口)
Executor
↑
ExecutorService (扩展接口)
↑
AbstractExecutorService (抽象类)
↑
ThreadPoolExecutor (核心实现类)
1. Executor 接口
定位：任务执行的抽象（定义执行标准）
核心方法：
void execute(Runnable command);
关键特性：
- 仅定义一个标准：如何执行
Runnable任务 - 不强制要求异步执行（例如，可用直接调用
command.run()） - 设计意义：解耦任务提交与执行策略（单线程/线程池/远程执行等）
示例：
Executor directExecutor = command -> command.run(); // 同步执行
Executor threadPerTaskExecutor = command -> new Thread(command).start(); // 每个任务新线程
2. ExecutorService 接口
定位：增强型执行服务（扩展生命周期管理、任务跟踪）
扩展功能：
- 管理线程池状态（启动、关闭、终止）
- 支持返回
Future的任务提交方式（submit()方法） - 批量任务处理（
invokeAll()/invokeAny()）
核心方法：
void shutdown(); // 优雅关闭（处理已提交任务）
List<Runnable> shutdownNow(); // 立即终止（返回未处理任务）
boolean isShutdown(); // 是否已关闭
<T> Future<T> submit(Callable<T> task); // 提交有返回值的任务
// ...其他方法
典型实现：
ThreadPoolExecutor：标准线程池实现ForkJoinPool：分治任务专用线程池（Java 7+）ScheduledThreadPoolExecutor：支持定时/周期性任务
3. AbstractExecutorService 抽象类
定位：ExecutorService的默认骨架实现
作用：
- 实现
submit()/invokeAll()等通用方法 - 将
Runnable任务包装为Callable - 留空
execute()方法供具体实现类重写
关键代码片段：
public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {
RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task, result);
execute(ftask); // 最终调用子类实现的execute()
return ftask;
}
4. ThreadPoolExecutor 类
定位：标准线程池实现（核心类）
核心机制：
- 线程池状态控制（通过AtomicInteger同时存储状态和线程数）：
RUNNING：接收新任务，处理队列任务SHUTDOWN：不接收新任务，处理队列任务STOP：不接收新任务，不处理队列任务，中断进行中任务TIDYING/TERMINATED：过渡状态
- 任务处理流程：
- 核心线程未满 → 创建新线程
- 核心线程已满 → 任务入队列
- 队列已满且线程数未达最大值 → 创建非核心线程
- 队列已满且线程数达最大值 → 触发拒绝策略
与框架的集成：
- 继承
AbstractExecutorService，实现所有提交任务的方法 - 通过
execute()方法实现具体任务调度逻辑
体系结构关系图（完整版）
%%{init: {'theme': 'neutral'}}%%
classDiagram
direction TB
%% 核心接口与类
class Executor {
<<interface>>
+execute(Runnable command) void
}
class ExecutorService {
<<interface>>
+shutdown() void
+shutdownNow() List~Runnable~
+submit(Callable<T> task) Future<T>
+invokeAll(...) List~Future<T>~
+...其他方法
}
class AbstractExecutorService {
<<abstract>>
+submit(Runnable task) Future<?>
+invokeAll(...) 实现
#newTaskFor(...) RunnableFuture<T>
+...模板方法
}
class ThreadPoolExecutor {
-corePoolSize: int
-maximumPoolSize: int
-workQueue: BlockingQueue<Runnable>
+execute(Runnable command) void
+shutdown() void
+...线程池核心实现
}
class ScheduledExecutorService {
<<interface>>
+schedule(...) ScheduledFuture<?>
+scheduleAtFixedRate(...)
+...定时任务方法
}
class ScheduledThreadPoolExecutor {
+schedule(...) 实现
+...定时任务扩展实现
}
%% 工厂类
class Executors {
+newFixedThreadPool() ExecutorService
+newCachedThreadPool() ExecutorService
+newScheduledThreadPool() ScheduledExecutorService
+...工厂方法
}
%% 关系定义
Executor <|-- ExecutorService
ExecutorService <|.. AbstractExecutorService
AbstractExecutorService <|-- ThreadPoolExecutor
ExecutorService <|-- ScheduledExecutorService
ScheduledExecutorService <|.. ScheduledThreadPoolExecutor
Executors ..> ThreadPoolExecutor : 创建
Executors ..> ScheduledThreadPoolExecutor : 创建
%% 实现关系说明
note for ThreadPoolExecutor "实现任务调度核心逻辑\n- 线程复用机制\n- 队列管理策略\n- 拒绝策略处理"
note for Executors "工具类提供：\n- newFixedThreadPool()\n- newCachedThreadPool()\n- newSingleThreadExecutor()"
图解说明：
- 接口用
<<interface>>标记，抽象类用<<abstract>> - 实线空心箭头表示继承（extends）
- 虚线空心箭头表示实现（implements）
- 虚线箭头表示依赖关系
- 核心实现类
ThreadPoolExecutor包含关键字段和方法 - 右侧注释块使用
note for语法添加关键说明
关键设计思想
- 接口隔离原则：
Executor仅定义执行标准ExecutorService扩展管理功能
- 模板方法模式：
AbstractExecutorService实现通用逻辑- 子类只需实现
execute()等关键方法
- 资源控制：
- 通过
BlockingQueue控制任务堆积 - 通过
RejectedExecutionHandler处理过载
- 通过
使用建议：直接使用ThreadPoolExecutor构造函数创建线程池（而非Executors工厂方法），以明确控制所有参数，避免资源耗尽风险。
浙公网安备 33010602011771号