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Java 長時間任務執行框架設計：基於 Worker 抽象類的健壯多線程實作模式

編輯：Java 相關知識

動機：長時間任務的共性挑戰

資料處理、事件監聽、週期性檢查等長時間任務若直接操作 Thread/Runnable，需大量樣板代碼處理同步、異常、資源釋放、優雅停止。本文提供可復用的 Worker 抽象框架，封裝通用邏輯，開發者僅需實作核心業務方法。

框架核心：Worker 抽象類

public abstract class Worker implements Runnable {
    private final Object lock = new Object();
    private volatile boolean running = false;

    // 1. 準備資源（建構子後、執行緒啟動前呼叫）
    protected abstract void prepareWorker() throws Exception;

    // 2. 核心工作邏輯（持續被 run() 呼叫）
    protected abstract void work() throws Exception;

    // 3. 釋放資源（停止前呼叫）
    protected abstract void releaseWorker() throws Exception;

    // 4. 錯誤處理（work() 拋出異常時回呼）
    protected abstract void handleError(Throwable t);

    // 5. 執行條件檢查（回傳 false 時 work() 掛起等待）
    protected abstract boolean isCondition();

    // 6. 等待超時（配合 isCondition 使用）
    protected long getTimeout() { return 1000; }

    // 執行緒主體
    public final void run() {
        try { prepareWorker(); } catch (Throwable t) { handleError(t); return; }
        synchronized(lock) { running = true; }
        try {
            while (isRunning()) {
                try {
                    if (isCondition()) work();
                    else synchronized(lock) { lock.wait(getTimeout()); }
                } catch (InterruptedException e) { break; }
                catch (Throwable t) { handleError(t); }
            }
        } finally {
            try { releaseWorker(); } catch (Throwable ignored) {}
            synchronized(lock) { running = false; lock.notifyAll(); }
        }
    }

    public final boolean isRunning() { synchronized(lock) { return running; } }
    public final void halt() { synchronized(lock) { running = false; lock.notifyAll(); } }
    public final void broadcast() { synchronized(lock) { lock.notifyAll(); } }
}

關鍵方法契約

方法	職責	備註
prepareWorker()	開啟連線、載入配置、建立 Socket 等阻塞初始化	在獨立執行緒執行，不阻塞主線程
work()	單次業務邏輯（如讀取流、執行 SQL、處理事件）	可拋出 InterruptedException 以配合停止
releaseWorker()	關閉連線、釋放鎖、清理狀態	類似 finalize() 但確定性呼叫
handleError(Throwable)	記錄日誌、決定是否 halt()	預設可記錄後停止任務
isCondition()	回傳 true 表示可執行 work()	事件驅動模式下檢查緩衝區非空等條件
halt()	停止任務，喚醒等待鎖	若 work() 中有無法中斷的阻塞 (如 JDBC)，需自行擴展中斷邏輯

實作範例：WaitedWorker

public class WaitedWorker extends Worker {
    private final BlockingQueue<Task> queue = new LinkedBlockingQueue<>();
    protected void prepareWorker() { /* 初始化資源 */ }
    protected void work() throws InterruptedException {
        Task task = queue.take(); // 阻塞等待任務
        task.execute();
    }
    protected void releaseWorker() { /* 關閉資源 */ }
    protected void handleError(Throwable t) { log.error(t); halt(); }
    protected boolean isCondition() { return !queue.isEmpty(); }
    public void submit(Task t) { queue.offer(t); broadcast(); }
}

啟動與控制

Worker worker = new WaitedWorker();
new Thread(worker).start();
// 稍後提交任務
worker.submit(new Task() { public void execute() { ... } });
// 關閉時
worker.halt(); // 或 Thread.interrupt() 組合

配合 Runtime.addShutdownHook() 實現 JVM 關閉時優雅停止所有 Worker。