Java中如何判断线程池任务已执行完成
前言：
很多场景下，我们需要等待线程池的所有任务都执行完，然后再进行下一步操作。对于线程 Thread 来说，很好实现，加一个 join 方法就解决了，然而对于线程池的判断就比较麻烦了。
我们本文提供 4 种判断线程池任务是否执行完的方法：
- 使用 isTerminated 方法判断。
- 使用 getCompletedTaskCount 方法判断。
- 使用 CountDownLatch 判断。
- 使用 CyclicBarrier 判断。
接下来我们一个一个来看。
不判断的问题
如果不对线程池是否已经执行完做判断，就会出现以下问题，如下代码所示：
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class ThreadPoolCompleted {
public static void main(String[] args) {
// 创建线程池
ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(10, 20,
0, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<>(1024));
// 添加任务
addTask(threadPool);
// 打印结果
System.out.println("线程池任务执行完成！");
}
/**
* 给线程池添加任务
*/
private static void addTask(ThreadPoolExecutor threadPool) {
// 任务总数
final int taskCount = 5;
// 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));
}
});
}
}
}
以上程序的执行结果如下：
从上述执行结果可以看出，程序先打印了“线程池任务执行完成！”，然后还在陆续的执行线程池的任务，这种执行顺序混乱的结果，并不是我们期望的结果。我们想要的结果是等所有任务都执行完之后，再打印“线程池任务执行完成！”的信息。
产生以上问题的原因是因为主线程 main，和线程池是并发执行的，所以当线程池还没执行完，main 线程的打印结果代码就已经执行了。想要解决这个问题，就需要在打印结果之前，先判断线程池的任务是否已经全部执行完，如果没有执行完就等待任务执行完再执行打印结果。
方法1：isTerminated
我们可以利用线程池的终止状态（TERMINATED）来判断线程池的任务是否已经全部执行完，但想要线程池的状态发生改变，我们就需要调用线程池的 shutdown 方法，不然线程池一直会处于 RUNNING 运行状态，那就没办法使用终止状态来判断任务是否已经全部执行完了，它的实现代码如下：
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 线程池任务执行完成判断
*/
public class ThreadPoolCompleted {
public static void main(String[] args) {
// 1.创建线程池
ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(10, 20,
0, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<>(1024));
// 2.添加任务
addTask(threadPool);
// 3.判断线程池是否执行完
isCompleted(threadPool); // 【核心调用方法】
// 4.线程池执行完
System.out.println();
System.out.println("线程池任务执行完成！");
}
/**
* 方法1：isTerminated 实现方式
* 判断线程池的所有任务是否执行完
*/
private static void isCompleted(ThreadPoolExecutor threadPool) {
threadPool.shutdown();
while (!threadPool.isTerminated()) { // 如果没有执行完就一直循环
}
}
/**
* 给线程池添加任务
*/
private static void addTask(ThreadPoolExecutor threadPool) {
// 任务总数
final int taskCount = 5;
// 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));
}
});
}
}
}
方法说明：shutdown 方法是启动线程池有序关闭的方法，它在完全关闭之前会执行完之前所有已经提交的任务，并且不会再接受任何新任务。当线程池中的所有任务都执行完之后，线程池就进入了终止状态，调用 isTerminated 方法返回的结果就是 true 了。
以上程序的执行结果如下：
缺点分析
需要关闭线程池。
扩展：线程池的所有状态
线程池总共包含以下 5 种状态：
- RUNNING：运行状态。
- SHUTDOWN：关闭状态。
- STOP：阻断状态。
- TIDYING：整理状态。
- TERMINATED：终止状态。
如果不调用线程池的关闭方法，那么线程池会一直处于 RUNNING 运行状态。
方法2：getCompletedTaskCount
我们可以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，具体实现代码如下：
/**
* 方法2：getCompletedTaskCount 实现方式
* 判断线程池的所有任务是否执行完
*/
private static void isCompletedByTaskCount(ThreadPoolExecutor threadPool) {
while (threadPool.getTaskCount() != threadPool.getCompletedTaskCount()) {
}
}
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。
优缺点分析
此实现方法的优点是无需关闭线程池。 它的缺点是 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。
方法3：CountDownLatch
CountDownLatch 可以理解为一个计数器，我们创建了一个包含 N 个任务的计数器，每个任务执行完计数器 -1，直到计数器减为 0 时，说明所有的任务都执行完了，就可以执行下一段业务的代码了，它的实现流程如
下图所示：
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
// 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！");
}
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：
优缺点分析
CountDownLatch 写法很优雅，且无需关闭线程池，但它的缺点是只能使用一次，CountDownLatch 创建之后不能被重复使用，也就是说 CountDownLatch 可以理解为只能使用一次的计数器。
方法4：CyclicBarrier
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();
}
}
});
}
}
以上程序的执行结果如下：
方法说明
CyclicBarrier 有 3 个重要的方法：
- 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）。
- 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：
- 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。
- 当前线程被中断，则抛出 InterruptedException 异常，并停止等待，继续执行。
- 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。
- 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。
- 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。
- reset 方法：使得CyclicBarrier回归初始状态，直观来看它做了两件事：
- 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。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。
总结
我们本文提供 4 种判断线程池任务是否执行完的方法：
- 使用 isTerminated 方法判断：通过判断线程池的完成状态来实现，需要关闭线程池，一般情况下不建议使用。
- 使用 getCompletedTaskCount 方法判断：通过计划执行总任务量和已经完成总任务量，来判断线程池的任务是否已经全部执行，如果相等则判定为全部执行完成。但因为线程个体和状态都会发生改变，所以得到的是一个大致的值，可能不准确。
- 使用 CountDownLatch 判断：相当于一个线程安全的单次计数器，使用比较简单，且不需要关闭线程池，是比较常用的判断方法。
- 使用 CyclicBarrier 判断：相当于一个线程安全的重复计数器，但使用较为复杂，所以日常项目中使用的较少。
