Java 並行與執行器

Executor 將提交 Runnable 與決定其執行位置分開。ExecutorService 增加生命週期管理與 submit；Callable<V> 可以回傳值或擲出受檢查例外，而 Future<V> 代表最終結果。Future.get() 會建立工作完成前由工作執行之動作所需的可見性。

Future<Result> future = pool.submit(() -> compute(input));
try {
    return future.get();
} catch (ExecutionException e) {
    throw new ServiceException(e.getCause());
}

使用 synchronized、Lock、原子操作、並行集合或訊息傳遞來建立 happens-before 關係。執行器提供排程，但不會自動確保可變共用物件的安全性。

AQS 與同步器 #

AbstractQueuedSynchronizer（AQS）是鎖、Semaphore、Latch 與相關同步器的框架。子類別會維護原子整數狀態，並實作取得／釋放嘗試。發生競爭時，AQS 會將等待執行緒加入 FIFO 風格的同步佇列，並以 LockSupport 暫停它們；釋放時會喚醒符合條件的後繼者。Condition 使用相關的條件佇列，並在收到訊號時將等待者移回同步佇列。佇列順序本身不是普遍的公平性保證。

ThreadPoolExecutor 接納 #

ThreadPoolExecutor 會先建立工作者，直到達到 corePoolSize；接著將工作排入佇列；只有佇列拒絕工作時，才會向 maximumPoolSize 增長；之後便拒絕工作。因此，無界的 LinkedBlockingQueue 實際上會阻止執行緒數超過核心執行緒，而 SynchronousQueue 會積極建立工作者，直到達到上限。核心大小以上的閒置工作者會在 keepAliveTime 後終止；明確啟用時，核心執行緒也可能逾時。

根據工作負載證據、記憶體限制與下游系統容量選擇有界佇列並設定大小。工作者工廠會控制名稱、daemon 狀態與未捕捉例外處理。AbortPolicy 會擲出例外，CallerRunsPolicy 讓提交者執行工作以施加反壓，DiscardPolicy 會捨棄工作，而 DiscardOldestPolicy 會在重試前移除佇列中的工作。只有呼叫者可以容忍時，才可靜默捨棄工作。

生命週期、取消與可見性 #

cancel(true) 會將 Future 標記為已取消，並在工作執行中時要求中斷；中斷是協作式的，因此阻塞操作必須傳播或恢復中斷狀態，而 CPU 密集工作必須輪詢它。取消不會回復副作用。

shutdown() 會拒絕新工作，同時允許佇列中的工作完成。shutdownNow() 會嘗試中斷工作者，並回傳尚未開始的工作。在應用程式邊界呼叫 awaitTermination。目前的 JDK 中，Executors 工廠方法提供固定執行緒、單執行緒、排程、工作竊取與虛擬執行緒執行器，但明確建立 ThreadPoolExecutor 能讓佇列與拒絕原則可供檢查。當 ExecutorService 的生命週期是詞法範圍時，請務必關閉它。

參考資料 #

• JDK ExecutorService API
• JDK ThreadPoolExecutor API
• JDK AbstractQueuedSynchronizer API