多线程开发工具包

来源:互联网 发布:iptables 增加端口 编辑:程序博客网 时间:2024/04/29 16:03

java.util.concurrent 是在并发编程中很常用的实用工具类。此包包括了几个小的、已标准化的可扩展框架,以及一些提供有用功能的类,没有这些类,这些功能会很难实现或实现起来冗长乏味。下面简要描述主要的组件。另请参阅 locks 和 atomic 包。


目录

执行程序

实现

队列

计时

同步器

并发 Collection

 

执行程序

   接口Executor 是一个简单的标准化接口,用于定义类似于线程的自定义子系统,包括线程池、异步 IO 和轻量级任务框架。根据所使用的具体 Executor 类的不同,可能在新创建的线程中,现有的任务执行线程中,或者调用 execute() 的线程中执行任务,并且可能顺序或并发执行。ExecutorService 提供了多个完整的异步任务执行框架。ExecutorService 管理任务的排队和安排,并允许受控制的关闭。ScheduledExecutorService 子接口添加了对延迟的和定期任务执行的支持。ExecutorService 提供了安排异步执行的方法,可执行由 Callable 表示的任何函数,结果类似于 RunnableFuture 返回函数的结果,允许确定执行是否完成,并提供取消执行的方法。

实现

   ThreadPoolExecutor 和 ScheduledThreadPoolExecutor 提供可调的、灵活的线程池。Executors 类提供大多数 Executor 的常见类型和配置的工厂方法,以及使用它们的几种实用工具方法。其他基于 Executor 的实用工具包括具体类 FutureTask,它提供 Future 的常见可扩展实现,以及 ExecutorCompletionService,它有助于协调对异步任务组的处理。

队列

   java.util.concurrent ConcurrentLinkedQueue 类提供了高效的、可伸缩的、线程安全的非阻塞 FIFO 队列。java.util.concurrent 中的五个实现都支持扩展的 BlockingQueue 接口,该接口定义了 put 和 take 的阻塞版本:LinkedBlockingQueueArrayBlockingQueueSynchronousQueue、 PriorityBlockingQueue 和 DelayQueue。这些不同的类覆盖了生产者-使用者、消息传递、并行任务执行和相关并发设计的大多数常见使用的上下文。

计时

   TimeUnit 类为指定和控制基于超时的操作提供了多重粒度(包括纳秒级)。该包中的大多数类除了包含不确定的等待之外,还包含基于超时的操作。在使用超时的所有情况 中,超时指定了在表明已超时前该方法应该等待的最少时间。在超时发生后,实现会尽力检测超时。但是,在检测超时与超时之后再次实际执行线程之间可能要 经过不确定的时间。

同步器

   四个类可协助实现常见的专用同步语句。Semaphore 是一个经典的并发工具。CountDownLatch 是一个极其简单但又极其常用的实用工具,用于在保持给定数目的信号、事件或条件前阻塞执行。CyclicBarrier 是一个可重置的多路同步点,在某些并行编程风格中很有用。Exchanger 允许两个线程在集合点交换对象,它在多流水线设计中是有用的。

并发 Collection

除队列外,此包还提供了几个设计用于多线程上下文中的 Collection 实现:ConcurrentHashMapCopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet

此包中与某些类一起使用的“Concurrent&rdquo前缀;是一种简写,表明 与类似的同步类有所不同。例如,java.util.Hashtable 和 Collections.synchronizedMap(new HashMap()) 是同步的,但 ConcurrentHashMap 则是并发的。并发集合是线程安全的,但是不受单个排他锁定的管理。在 ConcurrentHashMap 这一特定情况下,它可以安全地允许进行任意数目的并发读取,以及数目可调的并发写入。需要通过单个锁定阻止对集合的所有访问时,同步类是很有用的,其 代价是较差的可伸缩性。在期望多个线程访问公共集合的其他情况中,通常并发版本要更好一些。当集合是未共享的,或者仅保持其他锁定时集合是可访问的情 况下,非同步集合则要更好一些。

大多数并发 Collection 实现(包括大多数 Queue)与常规的 java.util 约定也不同,因为它们的迭代器提供了弱一致的,而不是快速失败的遍历。弱一致的迭代器是线程安全的,但是在迭代时没有必要冻结集合,所以它不一定反映自迭 代器创建以来的所有更新。


开发实例介绍

      我们都知道,在JDK1.5之前,Java中要进行业务并发时,通常需要有程序员独立完成代码实现,而当针对高质量Java多线程并发程序设计时,为防止死蹦等现象的出现,比如使用java之前的wait()notify()synchronized等,每每需要考虑性能、死锁、公平性、资源管理以及如何避免线程安全性方面带来的危害等诸多因素,往往会采用一些较为复杂的安全策 略,加重了程序员的开发负担.万幸的是,在JDK1.5出现之后,Sun大神终于为我们这些可怜的小程序员推出了 java.util.concurrent工具包以简化并发完成。开发者们借助于此,将有效的减少竞争条件(race conditions)和死锁线程。concurrent包很好的解决了这些问题,为我们提供了更实用的并发程序模型。

  java.util.concurrent下主要的接口和类:

  Executor:具体Runnable任务的执行者。

  ExecutorService:一个线程池管理者,其实现类有多种,比如普通线程池,定时调度线程池ScheduledExecutorService等,我们能把一个

  Runnable,Callable提交到池中让其调度。

  Future:是与Runnable,Callable进行交互的接口,比如一个线程执行结束后取返回的结果等等,还提供了cancel终止线程。

  BlockingQueue:阻塞队列。

一个简单的事例程序:

 FutureProxy .java 
  package org.test.concurrent; 
    
  import java.lang.reflect.InvocationHandler; 
  import java.lang.reflect.Method; 
  import java.lang.reflect.Proxy; 
  import java.util.concurrent.Callable; 
  import java.util.concurrent.ExecutorService; 
  import java.util.concurrent.Executors; 
  import java.util.concurrent.Future; 
  import java.util.concurrent.ThreadFactory; 
  public abstract class FutureProxy ... 
    private final class CallableImpl implements Callable ... 
      public call() throws Exception ... 
        return FutureProxy. this .createInstance(); 
      
    
    private static class InvocationHandlerImpl implements InvocationHandler ... 
    private Future future; 
    private volatile instance; 
    InvocationHandlerImpl(Future future) ... 
    this .future future; 
  }


  public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) 
  throws Throwable ... 
  synchronized this ... 
  if this .future.isDone()) ... 
  this .instance this .future.get(); 
  else ... 
  while this .future.isDone()) ... 
  try ... 
  this .instance this .future.get(); 
  catch (InterruptedException e) ... 
  Thread.currentThread().interrupt(); 
  
  
  
  return method.invoke( this .instance, args); 
  
  
  
    
  private static final class ThreadFactoryImpl implements ThreadFactory ... 
  public Thread newThread(Runnable r) ... 
  Thread thread new Thread(r); 
  thread.setDaemon( true ); 
  return thread; 
  
  
  private static ExecutorService service Executors.newCachedThreadPool( new ThreadFactoryImpl()); 
  protected abstract createInstance(); 
  protected abstract Class getInterface(); 
    
  @SuppressWarnings( unchecked 
  public final getProxyInstance() ... 
  Class interfaceClass this .getInterface(); 
  if (interfaceClass == null || interfaceClass.isInterface()) ... 
  throw new IllegalStateException(); 
  
  Callable task new CallableImpl(); 
  Future future FutureProxy.service.submit(task); 
  return (T) Proxy.newProxyInstance(interfaceClass.getClassLoader(), 
  new Class [] ... interfaceClass new InvocationHandlerImpl(future)); 
  
  }

Test.java 
  package org.test.concurrent; 
  import java.util.Calendar; 
    
  interface DateTest ... 
  String getDate(); 
  
  class DateTestImpl implements DateTest ... 
  private String _date null 
  public DateTestImpl() ... 
  try ... 
  _date += Calendar.getInstance().getTime(); 
  // 设定五秒延迟 
  Thread.sleep( 5000 ); 
  catch (InterruptedException e) ... 
  
  
  public String getDate() ... 
  return date _date; 
  
  
  class DateTestFactory extends FutureProxy DateTest ... 
  @Override 
  protected DateTest createInstance() ... 
  return new DateTestImpl(); 
  
  @Override 
  protected Class getInterface() ... 
  return DateTest. class 
  
  
  public class Test ... 
  public static void main(String[] args) ... 
  DateTestFactory factory new DateTestFactory(); 
  DateTest[] dts new DateTest[ 100 ]; 
  for int ;i dts.length;i ++ ... 
  dts[i] factory.getProxyInstance(); 
  
  // 遍历执行 
  for (DateTest dt dts) ... 
  System.out.println(dt.getDate()); 
  
  
  }

  原来很麻烦的并发处理,现在轻松的得以完成。

  我认为,concurrent的优点在于:

  功能强大且标准化的类库,实现了很多java thread原生api很费时才能实现的功能。

  已经过测试,代码质量有保证,相交自己写代码处理thread,节约了大量的测试时间。

  性能上已经过优化,比如以前通过synchronized在并发量大的时候性能会不好,而concurrent大量用到了非阻塞算法,尽量少用锁减少等待时间。

  在java并发处理中,concurrent已成为毋庸置疑的核心标准

0 0