スレッドプールエグゼキューター – Javaのスレッドプールの例

2年 ago
陽, 向宇
4 minutes

Javaスレッドプールは、ワーカースレッドのプールを管理します。実行待ちのタスクを保持するキューが含まれています。JavaではThreadPoolExecutorを使用してスレッドプールを作成できます。Javaスレッドプールは、実行待ちのタスクをキューから取り出し、ワーカースレッドが実行します。java.util.concurrent.Executorsは、java.util.concurrent.Executorインターフェースのためのファクトリーとサポートメソッドを提供し、Javaでスレッドプールを作成します。Executorsはユーティリティクラスであり、さまざまなファクトリーメソッドを通じてExecutorService、ScheduledExecutorService、ThreadFactory、およびCallableクラスと一緒に使用するための便利なメソッドも提供しています。それを説明するための簡単なプログラムを書いてみましょう。まず、WorkerThread.javaという名前のRunnableクラスが必要です。

package com.scdev.threadpool;

public class WorkerThread implements Runnable {
  
    private String command;
    
    public WorkerThread(String s){
        this.command=s;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" Start. Command = "+command);
        processCommand();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" End.");
    }

    private void processCommand() {
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public String toString(){
        return this.command;
    }
}

エグゼキューターサービスの例

こちらはテストプログラムのSimpleThreadPool.javaクラスです。この中で、Executorsフレームワークを用いて固定スレッドプールを作成しています。

package com.scdev.threadpool;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class SimpleThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Runnable worker = new WorkerThread("" + i);
            executor.execute(worker);
          }
        executor.shutdown();
        while (!executor.isTerminated()) {
        }
        System.out.println("Finished all threads");
    }
}

上記のプログラムでは、5つのワーカースレッドからなる固定サイズのスレッドプールを作成しています。その後、このプールに10個のジョブを送信していますが、プールのサイズが5であるため、5つのジョブが実行され、他のジョブは待機状態になります。ジョブのうち1つが完了すると、待機キューから別のジョブがワーカースレッドによって選択され、実行されます。上記のプログラムの出力は次のようになります。

pool-1-thread-2 Start. Command = 1
pool-1-thread-4 Start. Command = 3
pool-1-thread-1 Start. Command = 0
pool-1-thread-3 Start. Command = 2
pool-1-thread-5 Start. Command = 4
pool-1-thread-4 End.
pool-1-thread-5 End.
pool-1-thread-1 End.
pool-1-thread-3 End.
pool-1-thread-3 Start. Command = 8
pool-1-thread-2 End.
pool-1-thread-2 Start. Command = 9
pool-1-thread-1 Start. Command = 7
pool-1-thread-5 Start. Command = 6
pool-1-thread-4 Start. Command = 5
pool-1-thread-2 End.
pool-1-thread-4 End.
pool-1-thread-3 End.
pool-1-thread-5 End.
pool-1-thread-1 End.
Finished all threads

出力は、「pool-1-thread-1」から「pool-1-thread-5」という名前の5つのスレッドがプールに存在し、プールへのタスクの実行を担当していることを確認しています。

以下はThreadPoolExecutorの例です。

スレッドプールエグゼキューターの例を示します。

Executorsクラスは、ThreadPoolExecutorを使用したExecutorServiceのシンプルな実装を提供しますが、ThreadPoolExecutorはそれ以上の機能を提供します。ThreadPoolExecutorインスタンスを作成する際に、生きているスレッドの数を指定することができ、スレッドプールのサイズを制限することもでき、ワーカーキューに収まらないジョブを処理するために独自のRejectedExecutionHandlerの実装を作成することもできます。以下は、私たちの独自のRejectedExecutionHandlerインターフェースの実装です。

package com.scdev.threadpool;

import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

public class RejectedExecutionHandlerImpl implements RejectedExecutionHandler {

    @Override
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
        System.out.println(r.toString() + " is rejected");
    }

}

ThreadPoolExecutorには、エグゼキューターの現在の状態、プールサイズ、アクティブなスレッド数、およびタスク数を特定するために使用できるいくつかのメソッドが提供されています。そのため、一定の時間間隔でエグゼキューターの情報を出力するモニタースレッドがあります。

package com.scdev.threadpool;

import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

public class MyMonitorThread implements Runnable
{
    private ThreadPoolExecutor executor;
    private int seconds;
    private boolean run=true;

    public MyMonitorThread(ThreadPoolExecutor executor, int delay)
    {
        this.executor = executor;
        this.seconds=delay;
    }
    public void shutdown(){
        this.run=false;
    }
    @Override
    public void run()
    {
        while(run){
                System.out.println(
                    String.format("[monitor] [%d/%d] Active: %d, Completed: %d, Task: %d, isShutdown: %s, isTerminated: %s",
                        this.executor.getPoolSize(),
                        this.executor.getCorePoolSize(),
                        this.executor.getActiveCount(),
                        this.executor.getCompletedTaskCount(),
                        this.executor.getTaskCount(),
                        this.executor.isShutdown(),
                        this.executor.isTerminated()));
                try {
                    Thread.sleep(seconds*1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
        }
            
    }
}

ThreadPoolExecutorを使用したスレッドプールの実装例を以下に示します。

package com.scdev.threadpool;

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class WorkerPool {

    public static void main(String args[]) throws InterruptedException{
        //RejectedExecutionHandler implementation
        RejectedExecutionHandlerImpl rejectionHandler = new RejectedExecutionHandlerImpl();
        //Get the ThreadFactory implementation to use
        ThreadFactory threadFactory = Executors.defaultThreadFactory();
        //creating the ThreadPoolExecutor
        ThreadPoolExecutor executorPool = new ThreadPoolExecutor(2, 4, 10, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(2), threadFactory, rejectionHandler);
        //start the monitoring thread
        MyMonitorThread monitor = new MyMonitorThread(executorPool, 3);
        Thread monitorThread = new Thread(monitor);
        monitorThread.start();
        //submit work to the thread pool
        for(int i=0; i<10; i++){
            executorPool.execute(new WorkerThread("cmd"+i));
        }
        
        Thread.sleep(30000);
        //shut down the pool
        executorPool.shutdown();
        //shut down the monitor thread
        Thread.sleep(5000);
        monitor.shutdown();
        
    }
}

上記のプログラムはThreadPoolExecutorを初期化する際に、初期プールサイズを2、最大プールサイズを4、およびワークキューサイズを2として設定していることに注意してください。したがって、4つのタスクが実行中で、さらにタスクが追加された場合、ワークキューはそのうちの2つを保持し、残りのタスクはRejectedExecutionHandlerImplによって処理されます。上記のプログラムの出力は、上記の文を確認するものです。

pool-1-thread-1 Start. Command = cmd0
pool-1-thread-4 Start. Command = cmd5
cmd6 is rejected
pool-1-thread-3 Start. Command = cmd4
pool-1-thread-2 Start. Command = cmd1
cmd7 is rejected
cmd8 is rejected
cmd9 is rejected
[monitor] [0/2] Active: 4, Completed: 0, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [4/2] Active: 4, Completed: 0, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
pool-1-thread-4 End.
pool-1-thread-1 End.
pool-1-thread-2 End.
pool-1-thread-3 End.
pool-1-thread-1 Start. Command = cmd3
pool-1-thread-4 Start. Command = cmd2
[monitor] [4/2] Active: 2, Completed: 4, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [4/2] Active: 2, Completed: 4, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
pool-1-thread-1 End.
pool-1-thread-4 End.
[monitor] [4/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [2/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [2/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [2/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [2/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [2/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [0/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: true, isTerminated: true
[monitor] [0/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: true, isTerminated: true

実行者のアクティブ、完了、完了済みタスク数の変化に注意してください。shutdown（）メソッドを呼び出すことで、すべての提出されたタスクを実行を終了し、スレッドプールを終了することができます。タスクを遅延または定期的に実行する場合は、ScheduledThreadPoolExecutorクラスを使用することができます。詳しくは、「Java Schedule Thread Pool Executor」を読んでください。

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