Java：特定のキューサイズの後に送信をブロックするExecutorService

Question 1

単一のスレッドが並行して実行できるI / O集約型タスクを生成するソリューションをコーディングしようとしています。各タスクには、重要なメモリ内データがあります。そのため、現在保留中のタスクの数を制限できるようにしたいと思います。

このようにThreadPoolExecutorを作成すると、次のようになります。

    ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(numWorkerThreads, numWorkerThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>(maxQueue));

次に、キューがいっぱいになり、すべてのスレッドがすでにビジー状態になるとexecutor.submit(callable)スローさRejectedExecutionExceptionれます。

executor.submit(callable)キューがいっぱいですべてのスレッドがビジーのときにブロックを作成するにはどうすればよいですか？

編集：私はこれを試しました：

executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

そして、それは私が達成したい効果をいくらか達成しますが、エレガントではありません（基本的に拒否されたスレッドは呼び出しスレッドで実行されるため、呼び出しスレッドがそれ以上送信するのをブロックします）。

編集:(質問をしてから5年後）

この質問とその回答を読んでいる人には、受け入れられた回答を1つの正しい解決策と見なさないでください。すべての回答とコメントをお読みください。

Question 2

私はこれと同じことをしました。秘訣は、offer（）メソッドが実際にはput（）であるBlockingQueueを作成することです。（任意の基本BlockingQueue implを使用できます）。

public class LimitedQueue<E> extends LinkedBlockingQueue<E> 
{
    public LimitedQueue(int maxSize)
    {
        super(maxSize);
    }

    @Override
    public boolean offer(E e)
    {
        // turn offer() and add() into a blocking calls (unless interrupted)
        try {
            put(e);
            return true;
        } catch(InterruptedException ie) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        return false;
    }

}

これはスレッドプールでのみ機能corePoolSize==maxPoolSizeすることに注意してください。そこでは注意が必要です（コメントを参照）。

Question 3

これが私の側でこれをどのように解決したかです：

（注：このソリューションは、Callableを送信するスレッドをブロックするため、RejectedExecutionExceptionがスローされるのを防ぎます）

public class BoundedExecutor extends ThreadPoolExecutor{

    private final Semaphore semaphore;

    public BoundedExecutor(int bound) {
        super(bound, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>());
        semaphore = new Semaphore(bound);
    }

    /**Submits task to execution pool, but blocks while number of running threads 
     * has reached the bound limit
     */
    public <T> Future<T> submitButBlockIfFull(final Callable<T> task) throws InterruptedException{

        semaphore.acquire();            
        return submit(task);                    
    }


    @Override
    protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {
        super.afterExecute(r, t);

        semaphore.release();
    }
}

Question 4

現在受け入れられている回答には、潜在的に重大な問題があります。これにより、ThreadPoolExecutor.executeの動作が変更され、 corePoolSize < maxPoolSize、ThreadPoolExecutorロジックがコアを超えてワーカーを追加することはありません。

ThreadPoolExecutor .execute（Runnableを）：

    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);

具体的には、その最後の「else」ブロックはヒットしません。

より良い代替方法は、OPがすでに実行していることと同様のことを実行することです。RejectedExecutionHandlerを使用して同じputロジックを実行します。

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
    try {
        if (!executor.isShutdown()) {
            executor.getQueue().put(r);
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        Thread.currentThread().interrupt();
        throw new RejectedExecutionException("Executor was interrupted while the task was waiting to put on work queue", e);
    }
}

コメント（この回答を参照）で指摘されているように、このアプローチでは注意すべき点がいくつかあります。

場合 corePoolSize==0、タスクが表示される前にプール内のすべてのスレッドが停止する可能性がある競合状態があります
キュータスクをラップする実装（には適用されませんThreadPoolExecutor）を使用すると、ハンドラーも同じ方法でラップしない限り、問題が発生します。

これらの落とし穴を念頭に置いて、このソリューションは最も一般的なThreadPoolExecutorsで機能し、corePoolSize < maxPoolSize。の場合を適切に処理します。

Question 5

これは古い質問ですが、新しいタスクの作成が非常に高速であり、既存のタスクが十分に速く完了しなかったためにOutOfMemoryErrorが多すぎると発生するという同様の問題がありました。

私の場合Callablesは送信され、結果が必要なので、によってFutures返されたすべてを保存する必要がありexecutor.submit()ます。私の解決策を置くことだったFuturesにBlockingQueue最大サイズ。そのキューがいっぱいになると、いくつかが完了する（要素がキューから削除される）まで、タスクは生成されません。擬似コードの場合：

final ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(numWorkerThreads);
final LinkedBlockingQueue<Future> futures = new LinkedBlockingQueue<>(maxQueueSize);
try {   
    Thread taskGenerator = new Thread() {
        @Override
        public void run() {
            while (reader.hasNext) {
                Callable task = generateTask(reader.next());
                Future future = executor.submit(task);
                try {
                    // if queue is full blocks until a task
                    // is completed and hence no future tasks are submitted.
                    futures.put(compoundFuture);
                } catch (InterruptedException ex) {
                    Thread.currentThread().interrupt();         
                }
            }
        executor.shutdown();
        }
    }
    taskGenerator.start();

    // read from queue as long as task are being generated
    // or while Queue has elements in it
    while (taskGenerator.isAlive()
                    || !futures.isEmpty()) {
        Future compoundFuture = futures.take();
        // do something
    }
} catch (InterruptedException ex) {
    Thread.currentThread().interrupt();     
} catch (ExecutionException ex) {
    throw new MyException(ex);
} finally {
    executor.shutdownNow();
}

Question 6

私も同様の問題を抱えていて、次のbeforeExecute/afterExecuteフックを使用して実装しましたThreadPoolExecutor。

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * Blocks current task execution if there is not enough resources for it.
 * Maximum task count usage controlled by maxTaskCount property.
 */
public class BlockingThreadPoolExecutor extends ThreadPoolExecutor {

    private final ReentrantLock taskLock = new ReentrantLock();
    private final Condition unpaused = taskLock.newCondition();
    private final int maxTaskCount;

    private volatile int currentTaskCount;

    public BlockingThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize,
            long keepAliveTime, TimeUnit unit,
            BlockingQueue<Runnable> workQueue, int maxTaskCount) {
        super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue);
        this.maxTaskCount = maxTaskCount;
    }

    /**
     * Executes task if there is enough system resources for it. Otherwise
     * waits.
     */
    @Override
    protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) {
        super.beforeExecute(t, r);
        taskLock.lock();
        try {
            // Spin while we will not have enough capacity for this job
            while (maxTaskCount < currentTaskCount) {
                try {
                    unpaused.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    t.interrupt();
                }
            }
            currentTaskCount++;
        } finally {
            taskLock.unlock();
        }
    }

    /**
     * Signalling that one more task is welcome
     */
    @Override
    protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {
        super.afterExecute(r, t);
        taskLock.lock();
        try {
            currentTaskCount--;
            unpaused.signalAll();
        } finally {
            taskLock.unlock();
        }
    }
}

これはあなたにとって十分なはずです。ところで、元の実装はタスクサイズに基づいていました。これは、1つのタスクが別のタスクよりも100倍大きくなる可能性があり、2つの大きなタスクを送信するとボックスが無駄になるためですが、1つの大きなタスクとたくさんの小さなタスクを実行しても問題ありませんでした。I / Oを多用するタスクが、このクラスを使用できるサイズとほぼ同じである場合は、お知らせください。サイズベースの実装を投稿します。

ThreadPoolExecutorPSjavadocを確認する必要があります。Doug Leaによる、簡単にカスタマイズする方法についてのすばらしいユーザーガイドです。

Question 7

デコレータパターンに従い、セマフォを使用して実行されるタスクの数を制御するソリューションを実装しました。あなたはそれをどのようにでも使うことができますExecutor：

進行中のタスクの最大数を指定します
タスク実行許可を待機する最大タイムアウトを指定します（タイムアウトが経過し、許可が取得されない場合、aRejectedExecutionExceptionがスローされます）

import static java.util.concurrent.TimeUnit.MILLISECONDS;

import java.time.Duration;
import java.util.Objects;
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.RejectedExecutionException;
import java.util.concurrent.Semaphore;

import javax.annotation.Nonnull;

public class BlockingOnFullQueueExecutorDecorator implements Executor {

    private static final class PermitReleasingDecorator implements Runnable {

        @Nonnull
        private final Runnable delegate;

        @Nonnull
        private final Semaphore semaphore;

        private PermitReleasingDecorator(@Nonnull final Runnable task, @Nonnull final Semaphore semaphoreToRelease) {
            this.delegate = task;
            this.semaphore = semaphoreToRelease;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                this.delegate.run();
            }
            finally {
                // however execution goes, release permit for next task
                this.semaphore.release();
            }
        }

        @Override
        public final String toString() {
            return String.format("%s[delegate='%s']", getClass().getSimpleName(), this.delegate);
        }
    }

    @Nonnull
    private final Semaphore taskLimit;

    @Nonnull
    private final Duration timeout;

    @Nonnull
    private final Executor delegate;

    public BlockingOnFullQueueExecutorDecorator(@Nonnull final Executor executor, final int maximumTaskNumber, @Nonnull final Duration maximumTimeout) {
        this.delegate = Objects.requireNonNull(executor, "'executor' must not be null");
        if (maximumTaskNumber < 1) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format("At least one task must be permitted, not '%d'", maximumTaskNumber));
        }
        this.timeout = Objects.requireNonNull(maximumTimeout, "'maximumTimeout' must not be null");
        if (this.timeout.isNegative()) {
            throw new IllegalArgumentException("'maximumTimeout' must not be negative");
        }
        this.taskLimit = new Semaphore(maximumTaskNumber);
    }

    @Override
    public final void execute(final Runnable command) {
        Objects.requireNonNull(command, "'command' must not be null");
        try {
            // attempt to acquire permit for task execution
            if (!this.taskLimit.tryAcquire(this.timeout.toMillis(), MILLISECONDS)) {
                throw new RejectedExecutionException(String.format("Executor '%s' busy", this.delegate));
            }
        }
        catch (final InterruptedException e) {
            // restore interrupt status
            Thread.currentThread().interrupt();
            throw new IllegalStateException(e);
        }

        this.delegate.execute(new PermitReleasingDecorator(command, this.taskLimit));
    }

    @Override
    public final String toString() {
        return String.format("%s[availablePermits='%s',timeout='%s',delegate='%s']", getClass().getSimpleName(), this.taskLimit.availablePermits(),
                this.timeout, this.delegate);
    }
}

Question 8

ArrayBlockingQueueaaの代わりに使うのと同じくらい簡単だと思いますLinkedBlockingQueue。

私を無視してください...それは完全に間違っています。ThreadPoolExecutor電話しQueue#offerないputあなたが必要とする効果をもたらすであろうあり。

代わりにThreadPoolExecutor、execute(Runnable)その呼び出しの実装を拡張して提供することができますputofferます。

それは私が恐れている完全に満足のいく答えのようには思えません。