积累线程实例

来源:互联网 发布:跑步机推荐 知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/05/17 06:29
    JDK6 已经发布了,而对于JDK5 的新特性还来不及使用,虽然在项目中还没有使用,但可以写一些Demo体验一下Tiger的魅力,现在的时代就是体验的时代,事事都要亲历亲为才能有发言权,怎么有点毛主席“实事求是”的感觉。

JDK5中的一个亮点就是将Doug Lea 并发库 引入到Java标准库中。Doug Lea确实是一个牛人,能教书,能出书,能编码,不过这在国外还是比较普遍的,而国内的教授们就相差太远了。

一般的服务器都需要线程池,比如Web、FTP等服务器,不过它们一般都自己实现了线程池,比如以前介绍过的Tomcat 、Resin和Jetty等,现在有了JDK5,我们就没有必要重复造车轮了,直接使用就可以,何况使用也很方便,性能也非常高。

Java代码 复制代码
  1. package concurrent;   
  2. import java.util.concurrent.ExecutorService;   
  3. import java.util.concurrent.Executors;   
  4. public class TestThreadPool {   
  5.   public static void main(String args[]) throws InterruptedException {   
  6.     // only two threads   
  7.     ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(2);   
  8.     for(int index = 0; index < 100; index++) {   
  9.       Runnable run = new Runnable() {   
  10.         public void run() {   
  11.           long time = (long) (Math.random() * 1000);   
  12.           System.out.println("Sleeping " + time + "ms");   
  13.             try {   
  14.               Thread.sleep(time);   
  15.             } catch (InterruptedException e) {   
  16.             }   
  17.         }   
  18.       };   
  19.       exec.execute(run);   
  20.     }   
  21.     // must shutdown   
  22.     exec.shutdown();   
  23.   }   
  24. }  
 

    上面是一个简单的例子,使用了2个大小的线程池来处理100个线程。但有一个问题:在for循环的过程中,会等待线程池有空闲的线程,所以主线程会阻塞的。为了解决这个问题,一般启动一个线程来做for循环,就是为了避免由于线程池满了造成主线程阻塞。不过在这里我没有这样处理。[重要修正:经过测试,即使线程池大小小于实际线程数大小,线程池也不会阻塞的,这与Tomcat的线程池不同,它将Runnable实例放到一个“无限”的 BlockingQueue中,所以就不用一个线程启动for循环,Doug Lea果然厉害]

另外它使用了Executors的静态函数生成一个固定的线程池,顾名思义,线程池的线程是不会释放的,即使它是Idle。这就会产生性能问题,比如如果线程池的大小为200,当全部使用完毕后,所有的线程会继续留在池中,相应的内存和线程切换(while(true)+sleep循环)都会增加。如果要避免这个问题,就必须直接使用ThreadPoolExecutor()来构造。可以像Tomcat的线程池一样设置“最大线程数”、“最小线程数”和“空闲线程keepAlive的时间”。通过这些可以基本上替换Tomcat的线程池实现方案。

需要注意的是线程池必须使用shutdown来显式关闭,否则主线程就无法退出。shutdown也不会阻塞主线程。

多长时间运行的应用有时候需要定时运行任务完成一些诸如统计、优化等工作,比如在电信行业中处理用户话单时,需要每隔1分钟处理话单;网站每天凌晨统计用户访问量、用户数;大型超时凌晨3点统计当天销售额、以及最热卖的商品;每周日进行数据库备份;公司每个月的10号计算工资并进行转帐等,这些都是定时任务。通过 java的并发库concurrent 可以轻松的完成这些任务,而且非常的简单。

Java代码 复制代码
  1. package concurrent;   
  2. import static java.util.concurrent.TimeUnit.SECONDS;   
  3. import java.util.Date;   
  4. import java.util.concurrent.Executors;   
  5. import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;   
  6. import java.util.concurrent.ScheduledFuture;   
  7. public class TestScheduledThread {   
  8.   public static void main(String[] args) {   
  9.     final ScheduledExecutorService scheduler = Executors   
  10.         .newScheduledThreadPool(2);   
  11.     final Runnable beeper = new Runnable() {   
  12.       int count = 0;   
  13.       public void run() {   
  14.         System.out.println(new Date() + " beep " + (++count));   
  15.       }   
  16.     };   
  17.     // 1秒钟后运行,并每隔2秒运行一次   
  18.     final ScheduledFuture<?> beeperHandle = scheduler.scheduleAtFixedRate(   
  19.         beeper, 12, SECONDS);   
  20.     // 2秒钟后运行,并每次在上次任务运行完后等待5秒后重新运行   
  21.     final ScheduledFuture<?> beeperHandle2 = scheduler   
  22.         .scheduleWithFixedDelay(beeper, 25, SECONDS);   
  23.     // 30秒后结束关闭任务,并且关闭Scheduler   
  24.     scheduler.schedule(new Runnable() {   
  25.       public void run() {   
  26.         beeperHandle.cancel(true);   
  27.         beeperHandle2.cancel(true);   
  28.         scheduler.shutdown();   
  29.       }   
  30.     }, 30, SECONDS);   
  31.   }   
  32. }  
 

为了退出进程,上面的代码中加入了关闭Scheduler的操作。而对于24小时运行的应用而言,是没有必要关闭Scheduler的。

    在 实际应用中,有时候需要多个线程同时工作以完成同一件事情,而且在完成过程中,往往会等待其他线程都完成某一阶段后再执行,等所有线程都到达某一个阶段后再统一执行。

    比如有几个旅行团需要途经深圳、广州、韶关、长沙最后到达武汉。旅行团中有自驾游的,有徒步的,有乘坐旅游大巴的;这些旅行团同时出发,并且每到一个目的地,都要等待其他旅行团到达此地后再同时出发,直到都到达终点站武汉。

这时候CyclicBarrier 就可以派上用场。CyclicBarrier最重要的属性就是参与者个数,另外最要方法是await()。当所有线程都调用了await()后,就表示这些线程都可以继续执行,否则就会等待。

Java代码 复制代码
  1. package concurrent;   
  2. import java.text.SimpleDateFormat;   
  3. import java.util.Date;   
  4. import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;   
  5. import java.util.concurrent.CyclicBarrier;   
  6. import java.util.concurrent.ExecutorService;   
  7. import java.util.concurrent.Executors;   
  8. public class TestCyclicBarrier {   
  9.   // 徒步需要的时间: Shenzhen, Guangzhou, Shaoguan, Changsha, Wuhan   
  10.   private static int[] timeWalk = { 58151510 };   
  11.   // 自驾游   
  12.   private static int[] timeSelf = { 13445 };   
  13.   // 旅游大巴   
  14.   private static int[] timeBus = { 24667 };   
  15.      
  16.   static String now() {   
  17.     SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");   
  18.     return sdf.format(new Date()) + ": ";   
  19.   }   
  20.   
  21.   static class Tour implements Runnable {   
  22.     private int[] times;   
  23.     private CyclicBarrier barrier;   
  24.     private String tourName;   
  25.     public Tour(CyclicBarrier barrier, String tourName, int[] times) {   
  26.       this.times = times;   
  27.       this.tourName = tourName;   
  28.       this.barrier = barrier;   
  29.     }   
  30.     public void run() {   
  31.       try {   
  32.         Thread.sleep(times[0] * 1000);   
  33.         System.out.println(now() + tourName + " Reached Shenzhen");   
  34.         barrier.await();   
  35.         Thread.sleep(times[1] * 1000);   
  36.         System.out.println(now() + tourName + " Reached Guangzhou");   
  37.         barrier.await();   
  38.         Thread.sleep(times[2] * 1000);   
  39.         System.out.println(now() + tourName + " Reached Shaoguan");   
  40.         barrier.await();   
  41.         Thread.sleep(times[3] * 1000);   
  42.         System.out.println(now() + tourName + " Reached Changsha");   
  43.         barrier.await();   
  44.         Thread.sleep(times[4] * 1000);   
  45.         System.out.println(now() + tourName + " Reached Wuhan");   
  46.         barrier.await();   
  47.       } catch (InterruptedException e) {   
  48.       } catch (BrokenBarrierException e) {   
  49.       }   
  50.     }   
  51.   }   
  52.   
  53.   public static void main(String[] args) {   
  54.     // 三个旅行团   
  55.     CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);   
  56.     ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(3);   
  57.     exec.submit(new Tour(barrier, "WalkTour", timeWalk));   
  58.     exec.submit(new Tour(barrier, "SelfTour", timeSelf));   
  59.     exec.submit(new Tour(barrier, "BusTour", timeBus));   
  60.     exec.shutdown();   
  61.   }   
  62. }  
 

运行结果:
00:02:25: SelfTour Reached Shenzhen
00:02:25: BusTour Reached Shenzhen
00:02:27: WalkTour Reached Shenzhen
00:02:30: SelfTour Reached Guangzhou
00:02:31: BusTour Reached Guangzhou
00:02:35: WalkTour Reached Guangzhou
00:02:39: SelfTour Reached Shaoguan
00:02:41: BusTour Reached Shaoguan

     发库中的BlockingQueue 是一个比较好玩的类,顾名思义,就是阻塞队列。该类主要提供了两个方法put()和take(),前者将一个对象放到队列中,如果队列已经满了,就等待直到有空闲节点;后者从head取一个对象,如果没有对象,就等待直到有可取的对象。

下面的例子比较简单,一个读线程,用于将要处理的文件对象添加到阻塞队列中,另外四个写线程用于取出文件对象,为了模拟写操作耗时长的特点,特让线程睡眠一段随机长度的时间。另外,该Demo也使用到了线程池和原子整型(AtomicInteger),AtomicInteger可以在并发情况下达到原子化更新,避免使用了synchronized,而且性能非常高。由于阻塞队列的put和take操作会阻塞,为了使线程退出,特在队列中添加了一个“标识”,算法中也叫“哨兵”,当发现这个哨兵后,写线程就退出。

当然线程池也要显式退出了。

Java代码 复制代码
  1. package concurrent;   
  2. import java.io.File;   
  3. import java.io.FileFilter;   
  4. import java.util.concurrent.BlockingQueue;   
  5. import java.util.concurrent.ExecutorService;   
  6. import java.util.concurrent.Executors;   
  7. import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;   
  8. import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;   
  9.   
  10. public class TestBlockingQueue {   
  11.   static long randomTime() {   
  12.     return (long) (Math.random() * 1000);   
  13.   }   
  14.   
  15.   public static void main(String[] args) {   
  16.     // 能容纳100个文件   
  17.     final BlockingQueue<File> queue = new LinkedBlockingQueue<File>(100);   
  18.     // 线程池   
  19.     final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(5);   
  20.     final File root = new File("F://JavaLib");   
  21.     // 完成标志   
  22.     final File exitFile = new File("");   
  23.     // 读个数   
  24.     final AtomicInteger rc = new AtomicInteger();   
  25.     // 写个数   
  26.     final AtomicInteger wc = new AtomicInteger();   
  27.     // 读线程   
  28.     Runnable read = new Runnable() {   
  29.       public void run() {   
  30.         scanFile(root);   
  31.         scanFile(exitFile);   
  32.       }   
  33.   
  34.       public void scanFile(File file) {   
  35.         if (file.isDirectory()) {   
  36.           File[] files = file.listFiles(new FileFilter() {   
  37.             public boolean accept(File pathname) {   
  38.               return pathname.isDirectory()   
  39.                   || pathname.getPath().endsWith(".java");   
  40.             }   
  41.           });   
  42.           for (File one : files)   
  43.             scanFile(one);   
  44.         } else {   
  45.           try {   
  46.             int index = rc.incrementAndGet();   
  47.             System.out.println("Read0: " + index + " "  
  48.                 + file.getPath());   
  49.             queue.put(file);   
  50.           } catch (InterruptedException e) {   
  51.           }   
  52.         }   
  53.       }   
  54.     };   
  55.     exec.submit(read);   
  56.     // 四个写线程   
  57.     for (int index = 0; index < 4; index++) {   
  58.       // write thread   
  59.       final int NO = index;   
  60.       Runnable write = new Runnable() {   
  61.         String threadName = "Write" + NO;   
  62.         public void run() {   
  63.           while (true) {   
  64.             try {   
  65.               Thread.sleep(randomTime());   
  66.               int index = wc.incrementAndGet();   
  67.               File file = queue.take();   
  68.               // 队列已经无对象   
  69.               if (file == exitFile) {   
  70.                 // 再次添加"标志",以让其他线程正常退出   
  71.                 queue.put(exitFile);   
  72.                 break;   
  73.               }   
  74.               System.out.println(threadName + ": " + index + " "  
  75.                   + file.getPath());   
  76.             } catch (InterruptedException e) {   
  77.             }   
  78.           }   
  79.         }   
  80.       };   
  81.       exec.submit(write);   
  82.     }   
  83.     exec.shutdown();   
  84.   }   
  85. }  
 

名字可以看出,CountDownLatch 是一个倒数计数的锁,当倒数到0时触发事件,也就是开锁,其他人就可以进入了。在一些应用场合中,需要等待某个条件达到要求后才能做后面的事情;同时当线程都完成后也会触发事件,以便进行后面的操作。

CountDownLatch最重要的方法是countDown()和await(),前者主要是倒数一次,后者是等待倒数到0,如果没有到达0,就只有阻塞等待了。

一个CountDouwnLatch实例是不能重复使用的,也就是说它是一次性的,锁一经被打开就不能再关闭使用了,如果想重复使用,请考虑使用CyclicBarrier

下面的例子简单的说明了CountDownLatch的使用方法,模拟了100米赛跑,10名选手已经准备就绪,只等裁判一声令下。当所有人都到达终点时,比赛结束。

同样,线程池需要显式shutdown。

Java代码 复制代码
  1. package concurrent;   
  2.   
  3. import java.util.concurrent.CountDownLatch;   
  4. import java.util.concurrent.ExecutorService;   
  5. import java.util.concurrent.Executors;   
  6.   
  7. public class TestCountDownLatch {   
  8.   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {   
  9.     // 开始的倒数锁   
  10.     final CountDownLatch begin = new CountDownLatch(1);   
  11.     // 结束的倒数锁   
  12.     final CountDownLatch end = new CountDownLatch(10);   
  13.     // 十名选手   
  14.     final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);   
  15.     for(int index = 0; index < 10; index++) {   
  16.       final int NO = index + 1;   
  17.       Runnable run = new Runnable(){   
  18.         public void run() {   
  19.           try {   
  20.             begin.await();   
  21.             Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));   
  22.             System.out.println("No." + NO + " arrived");   
  23.           } catch (InterruptedException e) {   
  24.           } finally {   
  25.             end.countDown();   
  26.           }   
  27.         }   
  28.       };   
  29.       exec.submit(run);   
  30.     }   
  31.     System.out.println("Game Start");   
  32.     begin.countDown();   
  33.     end.await();   
  34.     System.out.println("Game Over");   
  35.     exec.shutdown();   
  36.   }   
  37. }  
 

运行结果:
Game Start
No.4 arrived
No.1 arrived
No.7 arrived
No.9 arrived
No.3 arrived
No.2 arrived
No.8 arrived
No.10 arrived
No.6 arrived
No.5 arrived
Game Over

时候在实际应用中,某些操作很耗时,但又不是不可或缺的步骤。比如用网页浏览器浏览新闻时,最重要的是要显示文字内容,至于与新闻相匹配的图片就没有那么重要的,所以此时首先保证文字信息先显示,而图片信息会后显示,但又不能不显示,由于下载图片是一个耗时的操作,所以必须一开始就得下载。

Java的并发库 Future 类就可以满足这个要求。Future的重要方法包括get()和cancel(),get()获取数据对象,如果数据没有加载,就会阻塞直到取到数据,而 cancel()是取消数据加载。另外一个get(timeout)操作,表示如果在timeout时间内没有取到就失败返回,而不再阻塞。

下面的Demo简单的说明了Future的使用方法:一个非常耗时的操作必须一开始启动,但又不能一直等待;其他重要的事情又必须做,等完成后,就可以做不重要的事情。

Java代码 复制代码
  1. package concurrent;   
  2.   
  3. import java.util.concurrent.Callable;   
  4. import java.util.concurrent.ExecutionException;   
  5. import java.util.concurrent.ExecutorService;   
  6. import java.util.concurrent.Executors;   
  7. import java.util.concurrent.Future;   
  8.   
  9. public class TestFutureTask {   
  10.   public static void main(String[] args)throws InterruptedException,   
  11.       ExecutionException {   
  12.     final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(5);   
  13.     Callable<String> call = new Callable<String>() {   
  14.       public String call() throws Exception {   
  15.         Thread.sleep(1000 * 5);   
  16.         return "Other less important but longtime things.";   
  17.       }   
  18.     };   
  19.     Future<String> task = exec.submit(call);   
  20.     // 重要的事情   
  21.     Thread.sleep(1000 * 3);   
  22.     System.out.println("Let's do important things.");   
  23.     // 其他不重要的事情   
  24.     String obj = task.get();   
  25.     System.out.println(obj);   
  26.     // 关闭线程池   
  27.     exec.shutdown();   
  28.   }   
  29. }  
 

运行结果:
Let's do important things.
Other less important but longtime things.

 

虑以下场景:浏览网页时,浏览器了5个线程下载网页中的图片文件,由于图片大小、网站访问速度等诸多因素的影响,完成图片下载的时间就会有很大的不同。如果先下载完成的图片就会被先显示到界面上,反之,后下载的图片就后显示。

Java的并发库 CompletionService 可以满足这种场景要求。该接口有两个重要方法:submit()和take()。submit用于提交一个runnable或者callable,一般会提交给一个线程池处理;而take就是取出已经执行完毕runnable或者callable实例的Future对象,如果没有满足要求的,就等待了。 CompletionService还有一个对应的方法poll,该方法与take类似,只是不会等待,如果没有满足要求,就返回null对象。

Java代码 复制代码
  1. package concurrent;   
  2.   
  3. import java.util.concurrent.Callable;   
  4. import java.util.concurrent.CompletionService;   
  5. import java.util.concurrent.ExecutionException;   
  6. import java.util.concurrent.ExecutorCompletionService;   
  7. import java.util.concurrent.ExecutorService;   
  8. import java.util.concurrent.Executors;   
  9. import java.util.concurrent.Future;   
  10.   
  11. public class TestCompletionService {   
  12.   public static void main(String[] args) throws InterruptedException,   
  13.       ExecutionException {   
  14.     ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);   
  15.     CompletionService<String> serv =    
  16.       new ExecutorCompletionService<String>(exec);   
  17.   
  18.     for (int index = 0; index < 5; index++) {   
  19.       final int NO = index;   
  20.       Callable<String> downImg = new Callable<String>() {   
  21.         public String call() throws Exception {   
  22.           Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));   
  23.           return "Downloaded Image " + NO;   
  24.         }   
  25.       };   
  26.       serv.submit(downImg);   
  27.     }   
  28.   
  29.     Thread.sleep(1000 * 2);   
  30.     System.out.println("Show web content");   
  31.     for (int index = 0; index < 5; index++) {   
  32.       Future<String> task = serv.take();   
  33.       String img = task.get();   
  34.       System.out.println(img);   
  35.     }   
  36.     System.out.println("End");   
  37.     // 关闭线程池   
  38.     exec.shutdown();   
  39.   }   
  40. }  
 

运行结果:
Show web content
Downloaded Image 1
Downloaded Image 2
Downloaded Image 4
Downloaded Image 0
Downloaded Image 3
End

 

操作系统的信号量是个很重要的概念,在进程控制方面都有应用。 Java 并发库 Semaphore 可以很轻松完成信号量控制,Semaphore可以控制某个资源可被同时访问的个数,acquire()获取一个许可,如果没有就等待,而release()释放一个许可。比如在Windows下可以设置共享文件的最大客户端访问个数。

Semaphore维护了当前访问的个数,提供同步机制,控制同时访问的个数。在数据结构中链表可以保存“无限”的节点,用Semaphore可以实现有限大小的链表。另外重入锁ReentrantLock也可以实现该功能,但实现上要负责些,代码也要复杂些。

下面的Demo中申明了一个只有5个许可的Semaphore,而有20个线程要访问这个资源,通过acquire()和release()获取和释放访问许可。

Java代码 复制代码
  1. package concurrent;   
  2.   
  3. import java.util.concurrent.ExecutorService;   
  4. import java.util.concurrent.Executors;   
  5. import java.util.concurrent.Semaphore;   
  6.   
  7. public class TestSemaphore {   
  8.   public static void main(String[] args) {   
  9.     // 线程池   
  10.     ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();   
  11.     // 只能5个线程同时访问   
  12.     final Semaphore semp = new Semaphore(5);   
  13.     // 模拟20个客户端访问   
  14.     for (int index = 0; index < 20; index++) {   
  15.       final int NO = index;   
  16.       Runnable run = new Runnable() {   
  17.         public void run() {   
  18.           try {   
  19.             // 获取许可   
  20.             semp.acquire();   
  21.             System.out.println("Accessing: " + NO);   
  22.             Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));   
  23.             // 访问完后,释放   
  24.             semp.release();   
  25.           } catch (InterruptedException e) {   
  26.           }   
  27.         }   
  28.       };   
  29.       exec.execute(run);   
  30.     }   
  31.     // 退出线程池   
  32.     exec.shutdown();   
  33.   }   
  34. }  

 运行结果:
Accessing: 0
Accessing: 1
Accessing: 2
Accessing: 3
Accessing: 4
Accessing: 5
Accessing: 6
Accessing: 7
Accessing: 8
Accessing: 9
Accessing: 10
Accessing: 11
Accessing: 12
Accessing: 13
Accessing: 14
Accessing: 15
Accessing: 16
Accessing: 17
Accessing: 18
Accessing: 19

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