多线程永动任务设计与实现

今天教大家撸一个 Java 的多线程永动任务，这个示例的原型是公司自研的多线程异步任务项目，我把里面涉及到多线程的代码抽离出来，然后进行一定的改造。

里面涉及的知识点非常多，特别适合有一定工作经验的同学学习，或者可以直接拿到项目中使用。

文章结构非常简单：

1. 功能说明

做这个多线程异步任务，主要是因为我们有很多永动的异步任务，什么是永动呢？就是任务跑起来后，需要一直跑下去。

比如消息 Push 任务，因为一直有消息过来，所以需要一直去消费 DB 中的未推送消息，就需要整一个 Push 的永动异步任务。

我们的需求其实不难，简单总结一下：

能同时执行多个永动的异步任务；
每个异步任务，支持开多个线程去消费这个任务的数据；
支持永动异步任务的优雅关闭，即关闭后，需要把所有的数据消费完毕后，再关闭。

完成上面的需求，需要注意几个点：

每个永动任务，可以开一个线程去执行；
每个子任务，因为需要支持并发，需要用线程池控制；
永动任务的关闭，需要通知子任务的并发线程，并支持永动任务和并发子任务的优雅关闭。

2. 多线程任务示例

2.1 线程池

对于子任务，需要支持并发，如果每个并发都开一个线程，用完就关闭，对资源消耗太大，所以引入线程池：

public class TaskProcessUtil {// 每个任务，都有自己单独的线程池private static Map<String, ExecutorService> executors = new ConcurrentHashMap<>();// 初始化一个线程池private static ExecutorService init(String poolName, int poolSize) {return new ThreadPoolExecutor(poolSize, poolSize,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("Pool-" + poolName).setDaemon(false).build(),new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());}// 获取线程池public static ExecutorService getOrInitExecutors(String poolName,int poolSize) {ExecutorService executorService = executors.get(poolName);if (null == executorService) {synchronized (TaskProcessUtil.class) {executorService = executors.get(poolName);if (null == executorService) {executorService = init(poolName, poolSize);executors.put(poolName, executorService);}}}return executorService;}// 回收线程资源public static void releaseExecutors(String poolName) {ExecutorService executorService = executors.remove(poolName);if (executorService != null) {executorService.shutdown();}}
}

这是一个线程池的工具类，这里初始化线程池和回收线程资源很简单，我们主要讨论获取线程池。

获取线程池可能会存在并发情况，所以需要加一个 synchronized 锁，然后锁住后，需要对 executorService 进行二次判空校验。

2.2 单个任务

为了更好讲解单个任务的实现方式，我们的任务主要就是把 Cat 的数据打印出来，Cat 定义如下：

@Data
@Service
public class Cat {private String catName;public Cat setCatName(String name) {this.catName = name;return this;}
}

单个任务主要包括以下功能：

获取永动任务数据：这里一般都是扫描 DB，我直接就简单用 queryData() 代替。
多线程执行任务：需要把数据拆分成 4 份，然后分别由多线程并发执行，这里可以通过线程池支持；
永动任务优雅停机：当外面通知任务需要停机，需要执行完剩余任务数据，并回收线程资源，退出任务；
永动执行：如果未收到停机命令，任务需要一直执行下去。

直接看代码：

public class ChildTask {private final int POOL_SIZE = 3; // 线程池大小private final int SPLIT_SIZE = 4; // 数据拆分大小private String taskName;// 接收jvm关闭信号，实现优雅停机protected volatile boolean terminal = false;public ChildTask(String taskName) {this.taskName = taskName;}// 程序执行入口public void doExecute() {int i = 0;while(true) {System.out.println(taskName + ":Cycle-" + i + "-Begin");// 获取数据List<Cat> datas = queryData();// 处理数据taskExecute(datas);System.out.println(taskName + ":Cycle-" + i + "-End");if (terminal) {// 只有应用关闭，才会走到这里，用于实现优雅的下线break;}i++;}// 回收线程池资源TaskProcessUtil.releaseExecutors(taskName);}// 优雅停机public void terminal() {// 关机terminal = true;System.out.println(taskName + " shut down");}// 处理数据private void doProcessData(List<Cat> datas, CountDownLatch latch) {try {for (Cat cat : datas) {System.out.println(taskName + ":" + cat.toString() + ",ThreadName:" + Thread.currentThread().getName());Thread.sleep(1000L);}} catch (Exception e) {System.out.println(e.getStackTrace());} finally {if (latch != null) {latch.countDown();}}}// 处理单个任务数据private void taskExecute(List<Cat> sourceDatas) {if (CollectionUtils.isEmpty(sourceDatas)) {return;}// 将数据拆成4份List<List<Cat>> splitDatas = Lists.partition(sourceDatas, SPLIT_SIZE);final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(splitDatas.size());// 并发处理拆分的数据，共用一个线程池for (final List<Cat> datas : splitDatas) {ExecutorService executorService = TaskProcessUtil.getOrInitExecutors(taskName, POOL_SIZE);executorService.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {doProcessData(datas, latch);}});}try {latch.await();} catch (Exception e) {System.out.println(e.getStackTrace());}}// 获取永动任务数据private List<Cat> queryData() {List<Cat> datas = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < 5; i ++) {datas.add(new Cat().setCatName("罗小黑" + i));}return datas;}
}

简单解释一下：

queryData：用于获取数据，实际应用中其实是需要把 queryData 定为抽象方法，然后由各个任务实现自己的方法。
doProcessData：数据处理逻辑，实际应用中其实是需要把 doProcessData 定为抽象方法，然后由各个任务实现自己的方法。
taskExecute：将数据拆分成 4 份，获取该任务的线程池，并交给线程池并发执行，然后通过 latch.await() 阻塞。当这 4 份数据都执行成功后，阻塞结束，该方法才返回。
terminal：仅用于接受停机命令，这里该变量定义为 volatile，所以多线程内存可见；
doExecute：程序执行入口，封装了每个任务执行的流程，当 terminal=true 时，先执行完任务数据，然后回收线程池，最后退出。

2.3 任务入口

直接上代码：

public class LoopTask {private List<ChildTask> childTasks;public void initLoopTask() {childTasks = new ArrayList();childTasks.add(new ChildTask("childTask1"));childTasks.add(new ChildTask("childTask2"));for (final ChildTask childTask : childTasks) {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {childTask.doExecute();}}).start();}}public void shutdownLoopTask() {if (!CollectionUtils.isEmpty(childTasks)) {for (ChildTask childTask : childTasks) {childTask.terminal();}}}public static void main(String args[]) throws Exception{LoopTask loopTask = new LoopTask();loopTask.initLoopTask();Thread.sleep(5000L);loopTask.shutdownLoopTask();}
}

每个任务都开一个单独的 Thread，这里我初始化了 2 个永动任务，分别为 childTask1 和 childTask2，然后分别执行，后面 Sleep 了 5 秒后，再关闭任务，我们可以看看是否可以按照我们的预期优雅退出。

2.4 结果分析

执行结果如下：

childTask1:Cycle-0-Begin
childTask2:Cycle-0-Begin
childTask1:Cat(catName=罗小黑0),ThreadName:Pool-childTask1
childTask1:Cat(catName=罗小黑4),ThreadName:Pool-childTask1
childTask2:Cat(catName=罗小黑4),ThreadName:Pool-childTask2
childTask2:Cat(catName=罗小黑0),ThreadName:Pool-childTask2
childTask1:Cat(catName=罗小黑1),ThreadName:Pool-childTask1
childTask2:Cat(catName=罗小黑1),ThreadName:Pool-childTask2
childTask2:Cat(catName=罗小黑2),ThreadName:Pool-childTask2
childTask1:Cat(catName=罗小黑2),ThreadName:Pool-childTask1
childTask2:Cat(catName=罗小黑3),ThreadName:Pool-childTask2
childTask1:Cat(catName=罗小黑3),ThreadName:Pool-childTask1
childTask2:Cycle-0-End
childTask2:Cycle-1-Begin
childTask1:Cycle-0-End
childTask1:Cycle-1-Begin
childTask2:Cat(catName=罗小黑0),ThreadName:Pool-childTask2
childTask2:Cat(catName=罗小黑4),ThreadName:Pool-childTask2
childTask1:Cat(catName=罗小黑4),ThreadName:Pool-childTask1
childTask1:Cat(catName=罗小黑0),ThreadName:Pool-childTask1
childTask1 shut down
childTask2 shut down
childTask2:Cat(catName=罗小黑1),ThreadName:Pool-childTask2
childTask1:Cat(catName=罗小黑1),ThreadName:Pool-childTask1
childTask1:Cat(catName=罗小黑2),ThreadName:Pool-childTask1
childTask2:Cat(catName=罗小黑2),ThreadName:Pool-childTask2
childTask1:Cat(catName=罗小黑3),ThreadName:Pool-childTask1
childTask2:Cat(catName=罗小黑3),ThreadName:Pool-childTask2
childTask1:Cycle-1-End
childTask2:Cycle-1-End

输出数据：

“Pool-childTask” 是线程池名称；
“childTask” 是任务名称；
“Cat(catName=罗小黑)” 是执行的结果；
“childTask shut down” 是关闭标记；
“childTask:Cycle-X-Begin” 和“childTask:Cycle-X-End” 是每一轮循环的开始和结束标记。

我们分析一下执行结果：

childTask1 和 childTask2 分别执行，在第一轮循环中都正常输出了 5 条罗小黑数据；
第二轮执行过程中，我启动了关闭指令，这次第二轮执行没有直接停止，而是先执行完任务中的数据，再执行退出，所以完全符合我们的优雅退出结论。

2.5 源码地址

GitHub 地址：

https://github.com/lml200701158/java-study/tree/master/src/main/java/com/java/parallel/pool/ofc