java.util.concurrent 多线程框架---线程池编程（一）

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。

 1  package  concurrent;
 2  import  java.util.concurrent.ExecutorService; 
 3  import  java.util.concurrent.Executors; 
 4  public   class  TestThreadPool 
 5  { 
 6       public   static   void  main(String args[])  throws  InterruptedException
 7      { 
 8           //  only two threads 
 9          ExecutorService exec  =  Executors.newFixedThreadPool( 2 ); 
10           for ( int  index  =   0 ; index  <   100 ; index ++ )
11          { 
12              Runnable run  =   new  Runnable()
13              { 
14                   public   void  run() 
15                  { 
16                       long  time  =  ( long ) (Math.random()  *   1000 ); 
17                      System.out.println( " Sleeping  "   +  time  +   " ms " );
18                       try
19                      {
20                          Thread.sleep(time); 
21                          
22                      } 
23                       catch  (InterruptedException e) 
24                      { 
25                          
26                      } 
27                      
28                  }
29                  
30              };
31                      
32              exec.execute(run); 
33                      
34          }  //  must shutdown
35                      
36          exec.shutdown(); 
37          
38      } 
39       // }
40      }
41  // }
42 

 

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。

 

 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 
 8  public   class  TestScheduledThread 
 9  { 
10       public   static   void  main(String[] args) 
11      { 
12           final  ScheduledExecutorService scheduler  =  Executors .newScheduledThreadPool( 2 ); 
13           final  Runnable beeper  =   new  Runnable() 
14          { 
15               int  count  =   0 ; 
16               public   void  run() 
17              { 
18                  System.out.println( new  Date()  +   " beep  " +  ( ++ count));
19              } 
20          };  //  1秒钟后运行，并每隔2秒运行一次
21           final  ScheduledFuture beeperHandle  =  scheduler.scheduleAtFixedRate( beeper,  1 ,  2 , SECONDS);
22           //  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 
23           final  ScheduledFuture beeperHandle2  =  scheduler .scheduleWithFixedDelay(beeper,  2 ,  5 , SECONDS); 
24           //  30秒后结束关闭任务，并且关闭Scheduler 
25          scheduler.schedule(
26               new  Runnable() 
27              {
28                   public   void  run() 
29                  { 
30                      beeperHandle.cancel( true );
31                      beeperHandle2.cancel( true );
32                      scheduler.shutdown(); 
33                  } 
34              },  30 , SECONDS); 
35      } 
36  }
37 
38 
39 

 

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; 
class  TestCyclicBarrier 
{ 
     //  徒步需要的时间: Shenzhen, Guangzhou, Shaoguan, Changsha, Wuhan 
     public   static   int [] timeWalk  =  {  5 ,  8 ,  15 ,  15 ,  10  }; 
     //  自驾游 
     public   static   int [] timeSelf  =  {  1 ,  3 ,  4 ,  4 ,  5  };
     //  旅游大巴 
     public   static   int [] timeBus  =  {  2 ,  4 ,  6 ,  6 ,  7  }; 
     public   static  String now() 
    { 
        SimpleDateFormat sdf  =   new  SimpleDateFormat( " HH:mm:ss " ); 
         return  sdf.format( new  Date())  +   " :  " ; 
    } 
}

public   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(times[ 0 ]  *   1000 ); 
            System.out.println(TestCyclicBarrier.now()  +  tourName  +   " Reached Shenzhen " );
            barrier.await();
            Thread.sleep(times[ 1 ]  *   1000 );
            System.out.println(TestCyclicBarrier.now()  +  tourName  +   "  Reached Guangzhou " ); 
            barrier.await(); Thread.sleep(times[ 2 ]  *   1000 );
            System.out.println(TestCyclicBarrier.now()  +  tourName  +   "  Reached Shaoguan " );
            barrier.await();
            Thread.sleep(times[ 3 ]  *   1000 ); 
            System.out.println(TestCyclicBarrier.now()  +  tourName  +   "  Reached Changsha " ); 
            barrier.await(); 
            Thread.sleep(times[ 4 ]  *   1000 );
            System.out.println(TestCyclicBarrier.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 " , TestCyclicBarrier.timeWalk));
        exec.submit( new  Tour(barrier,  " SelfTour " , TestCyclicBarrier.timeSelf));
        exec.submit( new  Tour(barrier,  " BusTour " , TestCyclicBarrier.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。