Javaの非同期処理を制す！ExecutorService設計の完全ガイド

はじめに：非同期処理の設計、ちゃんと理解していますか？

Javaでの非同期処理は、単なる並列化ではありません。
「いつ、どのように、どの数でスレッドを走らせるか？」
「処理の終了や失敗をどう管理するか？」
「例外やキャンセルはどう扱うか？」
こうした細かい設計の判断が、アプリケーションの安定性とパフォーマンスを大きく左右します。

そして、非同期処理の中心にいるのが、ExecutorService。

本記事では、Java初心者や転職を目指す方、実務で設計力を高めたい中堅エンジニア向けに、ExecutorServiceを活用した**非同期処理設計の“実践知識”**をまとめました。

1. ExecutorServiceとは何か？

ExecutorServiceは、Javaのjava.util.concurrentパッケージにあるインターフェースで、スレッドの生成・管理・タスクの実行を担う非同期処理の基本機構です。

✔ 特長

スレッドを明示的にnewせずに使える
スレッドプールを使ってリソース効率UP
タスクの終了、キャンセル、例外などを管理できる

✔ 主な実装

実装クラス	特徴
`FixedThreadPool`	固定スレッド数。安定した処理に最適。
`CachedThreadPool`	必要に応じてスレッド数を増やす。軽量なタスク向け。
`SingleThreadExecutor`	シングルスレッドで順番に処理。順序保証したい場合。
`ScheduledThreadPoolExecutor`	定期実行・遅延実行に対応。タイマーの代替に。

2. 非同期処理設計で押さえるべき4つの観点

① スレッドプール設計

タスクの性質に応じて、どのスレッドプールを選ぶかが非常に重要です。例えば：

固定スレッド数（FixedThreadPool）：同時に並列実行したい処理数が決まっているとき。
可変スレッド数（CachedThreadPool）：処理件数がバースト的に増減する場合。
シングルスレッド（SingleThreadExecutor）：ログ出力やDB更新など、順序が大切な処理。

② タスクの構造（Runnable vs Callable）

Runnableは戻り値なし・例外も投げられない（キャッチされない）
Callableは戻り値あり・例外スロー可能

Callable&lt;String&gt; task = () -&gt; {
    Thread.sleep(1000);
    return "Hello";
};

Callable<String> task = () -> {

Thread.sleep(1000);

return "Hello";

};

③ 結果取得・キャンセル

Future.get()で同期的に結果取得
Future.cancel()で処理中のタスクをキャンセル可能

④ シャットダウン

shutdown()：すでに提出されたタスクは完了まで動作
shutdownNow()：即座にキャンセルを試みる（但し強制ではない）

3. 実践設計パターン集

パターンA：固定スレッド＋バッチ処理

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);

for (int i = 0; i &lt; 100; i++) {
    int taskId = i;
    executor.submit(() -&gt; {
        System.out.println("Processing task: " + taskId);
    });
}

executor.shutdown();

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);

for (int i = 0; i < 100; i++) {

int taskId = i;

executor.submit(() -> {

System.out.println("Processing task: " + taskId);

});

}

executor.shutdown();

✅ 処理量に対してスレッド数を制限したいバッチ処理に最適。メモリ使用量が安定。

パターンB：結果を待たずに次へ進む処理

executor.submit(() -&gt; {
    doHeavyTask();
});
// メインスレッドはそのまま進行

executor.submit(() -> {

doHeavyTask();

});

// メインスレッドはそのまま進行

✅ UIアプリ、Webアプリなどでユーザー応答を維持したい時に有効。

パターンC：スケジューリング処理

ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(2);

scheduler.scheduleAtFixedRate(() -&gt; {
    System.out.println("定期実行処理");
}, 0, 10, TimeUnit.SECONDS);

ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(2);

scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> {

System.out.println("定期実行処理");

}, 0, 10, TimeUnit.SECONDS);

✅ タスクの定期実行やリトライ処理、監視・通知系に活用。

パターンD：タスクの連携（CompletableFuture併用）

CompletableFuture
    .supplyAsync(() -&gt; fetchData())
    .thenApply(data -&gt; processData(data))
    .thenAccept(result -&gt; saveResult(result));

CompletableFuture

.supplyAsync(() -> fetchData())

.thenApply(data -> processData(data))

.thenAccept(result -> saveResult(result));

✅ タスクの順番を保証しつつ、非同期で連携させる設計が可能。

4. よくあるミスとその対策

ミス内容	対策
`shutdown()`忘れでスレッドが残る	アプリ終了前に必ず`shutdown()`
スレッドが増えすぎてOutOfMemory	スレッド数は明示的に制限する（固定にする）
`get()`で無限にブロックされる	`get(timeout, unit)`でタイムアウトを設定
例外が握りつぶされる	Callable + try-catch、もしくはCompletableFutureで例外処理を明示的に書く