JAVA多线程框架.doc

java.util.concurrent 多线程框架（来源于/item/590227619/）JDK5中的一个亮点就是将Doug Lea的并发库引入到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。package concurrent;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;public class TestThreadPool public static void main(String args) throws InterruptedException / only two threadsExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(2);for(int index = 0; index 100; index+) Runnable run = new Runnable() public void run() long time = (long) (Math.random() * 1000);System.out.println(“Sleeping ” + time + “ms”);try Thread.sleep(time); catch (InterruptedException e) ;exec.execute(run);/ must shutdownexec.shutdown();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。许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。package concurrent;import static java.util.concurrent.TimeUnit.SECONDS;import java.util.Date;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.ScheduledFuture;public class TestScheduledThread public static void main(String args) final ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(2);final Runnable beeper = new Runnable() int count = 0;public void run() System.out.println(new Date() + ” beep ” + (+count);/ 1秒钟后运行，并每隔2秒运行一次final ScheduledFuture beeperHandle = scheduler.scheduleAtFixedRate(beeper, 1, 2, SECONDS);/ 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final ScheduledFuture beeperHandle2 = scheduler.scheduleWithFixedDelay(beeper, 2, 5, SECONDS);/ 30秒后结束关闭任务，并且关闭Schedulerscheduler.schedule(new Runnable() public void run() beeperHandle.cancel(true);beeperHandle2.cancel(true);scheduler.shutdown();, 30, SECONDS);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。package concurrent;import java.text.SimpleDateFormat;import java.util.Date;import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;import java.util.concurrent.CyclicBarrier;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;public class TestCyclicBarrier / 徒步需要的时间: Shenzhen, Guangzhou, Shaoguan, Changsha, Wuhanprivate static int timeWalk = 5, 8, 15, 15, 10 ;/ 自驾游private static int timeSelf = 1, 3, 4, 4, 5 ;/ 旅游大巴private static int timeBus = 2, 4, 6, 6, 7 ;static String now() SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat(“HH:mm:ss”);return sdf.format(new Date() + “: “;static class Tour implements Runnable private int times;private CyclicBarrier barrier;private String tourName;public Tour(CyclicBarrier barrier, String tourName, int times) this.times = times;this.tourName = tourName;this.barrier = barrier;public void run() try Thread.sleep(times0 * 1000);System.out.println(now() + tourName + ” Reached Shenzhen”);barrier.await();Thread.sleep(times1 * 1000);System.out.println(now() + tourName + ” Reached Guangzhou”);barrier.await();Thread.sleep(times2 * 1000);System.out.println(now() + tourName + ” Reached Shaoguan”);barrier.await();Thread.sleep(times3 * 1000);System.out.println(now() + tourName + ” Reached Changsha”);barrier.await();Thread.sleep(times4 * 1000);System.out.println(now() + tourName + ” Reached Wuhan”);barrier.await(); catch (InterruptedException e) catch (BrokenBarrierException e) public static void main(String args) / 三个旅行团CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(3);exec.submit(new Tour(barrier, “WalkTour”, timeWalk);exec.submit(new Tour(barrier, “SelfTour”, timeSelf);exec.submit(new Tour(barrier, “BusTour”, timeBus);exec.shutdown();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并发库中的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。package concurrent;import java.io.File;import java.io.FileFilter;import java.util.concurrent.BlockingQueue;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;public class TestBlockingQueue static long randomTime() return (long) (Math.random() * 1000);public static void main(String args) / 能容纳100个文件final BlockingQueue queue = new LinkedBlockingQueue(100);/ 线程池final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(5);final File root = new File(“F:JavaLib”);/ 完成标志final File exitFile = new File(“”);/ 读个数final AtomicInteger rc = new AtomicInteger();/ 写个数final AtomicInteger wc = new AtomicInteger();/ 读线程Runnable read = new Runnable() public void run() scanFile(root);scanFile(exitFile);public void scanFile(File file) if (file.isDirectory() File files = file.listFiles(new FileFilter() public boolean accept(File pathname) return pathname.isDirectory()| pathname.getPath().endsWith(“.java”););for (File one : files)scanFile(one); else try int index = rc.incrementAndGet();System.out.println(“Read0: ” + index + ” “+ file.getPath();queue.put(file); catch (InterruptedException e) ;exec.submit(read);/ 四个写线程for (int index = 0; index 4; index+) / write threadfinal int NO = index;Runnable write = new Runnable() String threadName = “Write” + NO;public void run() while (true) try Thread.sleep(randomTime();int index = wc.incrementAndGet();File file = queue.take();/ 队列已经无对象if (file = exitFile) / 再次添加”标志”，以让其他线程正常退出queue.put(exitFile);break;System.out.println(threadName + “: ” + index + ” “+ file.getPath(); catch (InterruptedException e) ;exec.submit(write);exec.shutdown();从名字可以看出，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。 package concurrent;import java.util.concurrent.CountDownLatch;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;public class TestCountDownLatch public static void main(String args) throws InterruptedException / 开始的倒数锁final CountDownLatch begin = new CountDownLatch(1);/ 结束的倒数锁final CountDownLatch end = new CountDownLatch(10);/ 十名选手final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);for(int index = 0; index 10; index+) final int NO = index + 1;Runnable run = new Runnable()public void run() try begin.await();Thread.sleep(long) (Math.random() * 10000);System.out.println(“No.” + NO + ” arrived”); catch (InterruptedException e) finally end.countDown();exec.submit(run);System.out.println(“Game Start”);begin.countDown();end.await();System.out.println(“Game Over”);exec.shutdown();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有时候在实际应用中，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的并发库的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。package concurrent;import java.util.concurrent.Callable;import java.util.concurrent.ExecutionException;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.Future;public class TestFutureTask public static void main(String args)throws InterruptedException,ExecutionException final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(5);Callable call = new Callable() public String call() throws Exception Thread.sleep(1000 * 5);return “Other less important but longtime things.”;Future task = exec.submit(call);/ 重要的事情Thread.sleep(1000 * 3);System.out.println(“Lets do important things.”);/ 其他不重要的事情String obj = task.get();System.out.println(obj);/ 关闭线程池exec.shutdown();运行结果： Lets do important things. Other less important but longtime things.考虑以下场景：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的并发库的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。package concurrent;import java.util.concurrent.Callable;import java.util.concurrent.CompletionService;import java.util.concurrent.ExecutionException;import java.util.concurrent.ExecutorCompletionService;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.Future;public class TestCompletionService public static void main(String args) throws InterruptedException,ExecutionException ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);CompletionService serv =new ExecutorCompletionService(exec);for (int index = 0; index 5; index+) final int NO = index;Callable downImg = new Callable() public String call() throws Exception Thread.sleep(long) (Math.random() * 10000);return “Downloaded Image ” + NO;serv.submit(downImg);Thread.sleep(1000 * 2);System.out.println(“Show web content”);for (int index = 0; index 5; index+) Future task = serv.take();String img = task.get();System.out.println(img);System.out.println(“End”);/ 关闭线程池exec.shutdown();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并发库的Semaphore可以