Java编程思想-java中的并发(四)
来源:互联网 发布:arm linux gcc 编辑:程序博客网 时间:2024/05/19 01:31
五、 新类库中的构件
Java SE5的java.util.concurrent引入了大量设计用来解决并发问题的新类。学习使用它们将有助于编写出更加简单而强壮的并发程序。
1. CountDownLatch
他被用来同步一个或多个任务,强制他们等待由其他任务执行的一组操作完成。
你可以向CountDownLatch对象设置一个初始计数值,任何在这个对象上调用wait()方法都将阻塞,直至这个计数值到达0。其他任务在结束其工作时,可以在该对象上盗用countDown()来减小这个计数值。CountDownLatch被设计为只触发一次,计数值不能被重置。如果你需要能够重置计数值的版本,则可以使用CyclicBarrier。
调用countDown()的任务在产生这个调用时并没有被阻塞,只有对await()的调用会被阻塞,直至计数值到达0。
CountDownLatch的典型用法是将一个程序氛围n个相互独立的可解决任务,并创建值为0的CountDownLatch。当每个任务完成时,都会在这个锁存器上调用countDown()。等待问题呗解决的任务在这个锁存器上调用await(),将他们自己拦住,直至锁存器计数结束。下面是演示这种技术的一个框架示例:
public class CountDownLatchDemo { static final int SIZE = 100; public static void main(String[] args) throws Exception { ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool(); CountDownLatch latch = new CountDownLatch(SIZE); for (int i = 0; i < 10; i++) { exec.execute(new WaitingTask(latch)); } for (int i = 0; i < SIZE; i++) { exec.execute(new TaskPortion(latch)); } System.out.println("Launched all tasks"); exec.shutdown(); }}class TaskPortion implements Runnable { private static int counter = 0; private final int id = counter++; private static Random rand = new Random(47); private final CountDownLatch latch; TaskPortion(CountDownLatch latch) { this.latch = latch; } public void run() { try { doWork(); latch.countDown(); } catch (InterruptedException e) { //Acceptable way to exit } } public void doWork() throws InterruptedException { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(rand.nextInt(2000)); System.out.println(this + "completed"); } public String toString() { return String.format("%1$-3d", id); }}class WaitingTask implements Runnable { private static int counter = 0; private final int id = counter++; private final CountDownLatch latch; WaitingTask(CountDownLatch latch) { this.latch = latch; } public void run() { try { latch.await(); System.out.println("Latch barrier passed for " + this); } catch (InterruptedException e) { System.out.println(this + " interrupted"); } } public String toString() { return String.format("WaitingTask %1$-3d", id); }}
TaskPortion将随机的休眠一段时间,以模拟这部分工作的完成,而WaitingTask表示系统中必须等待的部分,它要等待到问题的初始部分完成为止。所有任务都使用了在main()中定义的同一个单一的CountDownLatch。
2. CyclicBarrier
CyclicBarrier适用于这样的情况,你希望创建一组任务,他们并行的执行任务,然后在进行下一个步骤前等待,直至所有任务都完成(看起来有些像join())。它使得所有的并行任务都在栅栏处列队,因此可以一致的向前移动。这非常像CountDownLatch,只是CountDownLatch是只触发一次的事件,而CyclicBarrier可以多次重用。
public class HorseRace { static final int FINISH_LINE = 75; private List<Horse> horses = new ArrayList<Horse>(); private ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool(); private CyclicBarrier barrier; public HorseRace(int nHorses, final int pause) { barrier = new CyclicBarrier(nHorses, () -> { StringBuilder s = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < FINISH_LINE; i++) { s.append("="); } System.out.println(s); for (Horse horse : horses) { System.out.println(horse.tracks()); } for (Horse horse : horses) { if (horse.getStrides() >= FINISH_LINE) { System.out.println(horse + " won!"); exec.shutdownNow(); return; } } try { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(pause); } catch (InterruptedException e) { System.out.println("barrier-action sleep interrupted"); } }); for (int i = 0; i < nHorses; i++) { Horse horse = new Horse(barrier); horses.add(horse); exec.execute(horse); } } public static void main(String[] args) { int nHorses = 7; int pause = 200; if (args.length > 0) { int n = new Integer(args[0]); nHorses = n > 0 ? n : nHorses; } if (args.length > 1) { int p = new Integer(args[1]); pause = p > -1 ? p : pause; } new HorseRace(nHorses, pause); }}class Horse implements Runnable { private static int counter = 0; private final int id = counter++; private int strides = 0; private static Random rand = new Random(47); private static CyclicBarrier barrier; public Horse(CyclicBarrier barrier) { this.barrier = barrier; } public synchronized int getStrides() { return strides; } public void run() { try { while (!Thread.interrupted()) { synchronized (this) { strides += rand.nextInt(3); } barrier.await(); } } catch (InterruptedException e) { //a legitimate way to exit } catch (BrokenBarrierException e) { //This one we want to know about throw new RuntimeException(e); } } public String toString() { return "Horse " + id + " "; } public String tracks() { StringBuilder s = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < getStrides(); i++) { s.append("*"); } s.append(id); return s.toString(); }}
可以向CyclicBarrier提供一个“栅栏动作”,他是一个Runnable,当计数值到达0时自动执行–这是CyclicBarrier和CountDownLatch之间的另一个区别。这里,栅栏动作是作为匿名内部类创建的,他被提交给了CyclicBarrier的构造器。
3. DelayQueue
这是一个无界的BlockingQueue,用于放置实现了Delayed接口的对象,其中的对象只能在其到期时才能从队列中取走。这种队列是有序的,即队头对象的延迟到期的时间最长。如果没有任何延迟到期,那么就不会y任何头元素,并且poll()将返回null(正因为这样,你不能将null放置到这种队列中)。
4. Semaphore
正常的锁在任何时刻都只允许yi’ge’ren’wu一个任务访问一项资源,而计数信号量允许n个任务同时访问这个资源。你还可以将信号量看作是在向外分发使用资源的“许可证”,尽管实际上没有使用任何许可证对象。
作为一个示例,请考虑对象池的概念,他管理着数量有限的对象,当要使用对象时可以签出他们,而在用户使用完毕时,可以将他们签回。这种功能可以被封装到一个泛型类中:
public class Pool<T> { private int size; private List<T> items = new ArrayList<T>(); private volatile boolean[] checkedOut; private Semaphore available; public Pool(Class<T> classObject, int size) { this.size = size; checkedOut = new boolean[size]; available = new Semaphore(size, true); for (int i = 0; i < size; i++) { try { items.add(classObject.newInstance()); } catch (Exception e) { throw new RuntimeException(e); } } } public T checkOut() throws InterruptedException { available.acquire(); return getItem(); } public void checkIn(T x) { if (releaseItem(x)) { available.release(); } } private synchronized T getItem() { for (int i = 0; i < size; i++) { if (!checkedOut[i]) { checkedOut[i] = true; return items.get(i); } } return null; } private synchronized boolean releaseItem(T item) { int index = items.indexOf(item); if (index == -1) { return false; } if (checkedOut[index]) { checkedOut[index] = false; return true; } return false; }}
在这个简化的形式中,构造器使用newInstance()来把对象加载到池中。如果你需要一个新对象,那么可以调用checkOut(),并且在使用完之后,将其递交给checkIn()。
为了创建一个示例,我们可以使用Fat,这是一种创建代价高昂的对象类型,因为他的构造器运行起来很耗时:
public class Fat { private volatile double d; private static int counter = 0; public Fat() { for (int i = 1; i < 10000; i++) { d += (Math.PI + Math.E) / (double) i; } } public void operation() { System.out.println(this); } public String toString() { return "Fat id: " + d; }}
我们在池中管理这些对象,以限制这个构造器所造成的影响。我们可以创建一个任务,它将签出Fat对象,持有一段时间后再将他们签入,以此来测试Pool这个类:
public class SemaphoreDemo { final static int SIZE = 25; public static void main(String[] args) throws Exception { final Pool<Fat> pool = new Pool<>(Fat.class, SIZE); ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool(); for (int i = 0; i < SIZE; i++) { exec.execute(new CheckoutTask<Fat>(pool)); } System.out.println("All CheckoutTasks created"); List<Fat> list = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < SIZE; i++) { Fat f = pool.checkOut(); System.out.println(i + ": main() thread checked out"); f.operation(); list.add(f); } Future<?> blocked = exec.submit(new Runnable() { public void run() { try { pool.checkOut(); } catch (InterruptedException e) { System.out.println("checkout() interrupted"); } } }); TimeUnit.SECONDS.sleep(2); blocked.cancel(true); System.out.println("Checking in objects in " + list); for (Fat f : list) { pool.checkIn(f); } for (Fat f : list) { pool.checkIn(f); } exec.shutdown(); }}class CheckoutTask<T> implements Runnable { private static int counter = 0; private final int id = counter++; private Pool<T> pool; public CheckoutTask(Pool<T> pool) { this.pool = pool; } public void run() { try { T item = pool.checkOut(); System.out.println(this + " checked out " + item); TimeUnit.SECONDS.sleep(1); System.out.println(this + " checked in " + item); pool.checkIn(item); } catch (InterruptedException e) { //Acceptable way to terminate } } public String toString() { return "CheckoutTask " + id + " "; }}
在main()中,创建了一个持有Fat对象的Pool,而一组CheckoutTask则开始操练这个Pool。然后,main()线程签出池中的Fat对象,但是并不签入他们。一旦池中所有的对象都被签出,Semaphore将不再允许执行任何签出操作。blocked的run()方法因此会被阻塞,2秒之后,cancel()方法被调用,以此来挣脱Future的束缚。注意,冗余的qian’ru签入将被Pool忽略。
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