Java 中基于优先级执行任务的线程池实现

在日常开发中，我们经常遇到这样一种需求：需要按照任务的优先级顺序来执行，而不是简单的先进先出（FIFO）。Java 提供了 PriorityBlockingQueue，这是一个基于优先级排序的线程安全队列，可以用于实现一个支持优先级任务的线程池。在这篇博客中，我们将介绍两种使用 PriorityBlockingQueue 实现优先级线程池的方法，并讨论它们的适用场景和优缺点。

方法一：实现 Comparable 接口的优先级任务类

1.1 方案概述

这种方法的核心在于让任务类（Task）实现 Comparable 接口，并在 compareTo 方法中定义优先级的排序逻辑。PriorityBlockingQueue 会根据 Comparable 的实现来自动对任务进行排序，优先级高的任务会被排在队列的前面，先执行。

1.2 实现步骤

1. 定义优先级任务类 ：实现 Runnable 或 Callable 接口，同时实现 Comparable 接口。
2. 创建优先级线程池 ：使用 PriorityBlockingQueue 作为任务队列。
3. 提交任务到线程池：按不同优先级提交任务，线程池会自动按照优先级来执行任务。

1.3 示例代码

import java.util.concurrent.*;

public class PriorityTask implements Runnable, Comparable<PriorityTask> {
    private final int priority;
    private final String name;

    public PriorityTask(int priority, String name) {
        this.priority = priority;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Executing task: " + name + " with priority: " + priority);
    }

    @Override
    public int compareTo(PriorityTask other) {
        return Integer.compare(this.priority, other.priority); // 优先级值越小，优先级越高
    }
}

public class PriorityThreadPoolExecutor extends ThreadPoolExecutor {
    public PriorityThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit) {
        super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, new PriorityBlockingQueue<Runnable>());
    }
}

1.4 使用示例

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        PriorityThreadPoolExecutor executor = new PriorityThreadPoolExecutor(2, 4, 1, TimeUnit.MINUTES);
        executor.execute(new PriorityTask(10, "Low priority task"));
        executor.execute(new PriorityTask(1, "High priority task"));
        executor.execute(new PriorityTask(5, "Medium priority task"));
        executor.shutdown();
    }
}

1.5 优缺点

• 优点：

  • 直接在任务类中定义优先级逻辑，代码结构简单明了。
  • 无需额外的排序定义，PriorityBlockingQueue 自动根据 Comparable 实现排序。

• 缺点：

  • 任务类必须实现 Comparable 接口，优先级规则是硬编码在任务类中的，难以灵活修改。
  • 如果需要多种优先级规则，任务类代码会变得复杂，不适合多变的业务需求。

方法二：使用 Comparator 自定义排序规则

2.1 方案概述

在这种方法中，我们不再让任务类实现 Comparable 接口，而是使用 PriorityBlockingQueue 的构造方法传入一个 Comparator 对象。这样可以通过 Comparator 动态地定义任务的优先级排序规则。这种方式更加灵活，适合需要动态设置优先级或多重排序规则的场景。

2.2 实现步骤

1. 定义任务类 ：实现 Runnable 或 Callable 接口，无需实现 Comparable。
2. 创建优先级线程池 ：使用 PriorityBlockingQueue 作为任务队列，并传入自定义的 Comparator。
3. 提交任务到线程池 ：按照不同优先级提交任务，线程池会根据 Comparator 的排序规则来执行任务。

2.3 示例代码

import java.util.concurrent.*;

public class Task implements Runnable {
    private final int priority;
    private final String name;

    public Task(int priority, String name) {
        this.priority = priority;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Executing task: " + name + " with priority: " + priority);
    }

    public int getPriority() {
        return priority;
    }
}

public class PriorityThreadPoolExecutor extends ThreadPoolExecutor {
    public PriorityThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit) {
        super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit,
              new PriorityBlockingQueue<>(11, Comparator.comparingInt(Task::getPriority)));
    }
}

2.4 使用示例

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        PriorityThreadPoolExecutor executor = new PriorityThreadPoolExecutor(2, 4, 1, TimeUnit.MINUTES);
        executor.execute(new Task(10, "Low priority task"));
        executor.execute(new Task(1, "High priority task"));
        executor.execute(new Task(5, "Medium priority task"));
        executor.shutdown();
    }
}

2.5 优缺点

• 优点：

  • 可以灵活定义优先级规则，通过传入不同的 Comparator 实现动态排序。
  • 更加清晰的结构，不需要在任务类中嵌入优先级排序逻辑，任务类更加独立。

• 缺点：

  • 相对复杂一些，需要定义额外的 Comparator。
  • 可能需要管理多个 Comparator 实现，如果优先级规则过多，可能会增加一定的代码复杂度。

两种方法对比总结

比较项	方法一：实现 Comparable	方法二：使用 Comparator 自定义排序规则
代码结构	任务类中包含优先级逻辑	任务类和优先级规则分离
灵活性	不灵活，排序规则固定	灵活，可随时更改 Comparator
适用场景	固定优先级规则	动态优先级需求，多种排序规则
实现难度	简单，适合初学者	略复杂，需要理解 Comparator 使用
扩展性	差，需改动任务类本身	高，可复用不同 Comparator

总结

• 如果您的任务优先级是固定的，而且排序规则简单，方法一：实现 Comparable 接口 更加直接明了。
• 如果您需要灵活的优先级规则，或者希望在不同条件下使用不同的优先级排序规则，那么方法二：使用 Comparator 自定义排序规则更适合。