java多线程学习-java.util.concurrent详解(二)Semaphore/FutureTask/Exchanger

前一篇文章 http://janeky.iteye.com/category/124727
我们学习了java.util.concurrent的CountDownLatch和CyclicBarrier
今天我们继续共同来探讨其他的多线程组件
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3. Semaphore
    我们先来学习一下JDK1.5 API中关于这个类的详细介绍：
“一个计数信号量。从概念上讲，信号量维护了一个许可集。如有必要，在许可可用前会阻塞每一个 acquire()，然后再获取该许可。每个 release() 添加一个许可，从而可能释放一个正在阻塞的获取者。但是，不使用实际的许可对象，Semaphore 只对可用许可的号码进行计数，并采取相应的行动。”

    我们一般用它来控制某个对象的线程访问对象

    例如 ，对于某个容器，我们规定，最多只能容纳n个线程同时操作
使用信号量来模拟实现

具体代码如下（参考 [JCIP]）

import java.util.Collections;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;

public class TestSemaphore {

	public static void main(String[] args) {
		ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
		TestSemaphore t = new TestSemaphore();
		final BoundedHashSet<String> set = t.getSet();

		for (int i = 0; i < 3; i++) {//三个线程同时操作add
			exec.execute(new Runnable() {
				public void run() {
					try {
						set.add(Thread.currentThread().getName());
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
			});
		}

		for (int j = 0; j < 3; j++) {//三个线程同时操作remove
			exec.execute(new Runnable() {
				public void run() {
					set.remove(Thread.currentThread().getName());
				}
			});
		}
		exec.shutdown();
	}

	public BoundedHashSet<String> getSet() {
		return new BoundedHashSet<String>(2);//定义一个边界约束为2的线程
	}

	class BoundedHashSet<T> {
		private final Set<T> set;
		private final Semaphore semaphore;

		public BoundedHashSet(int bound) {
			this.set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<T>());
			this.semaphore = new Semaphore(bound, true);
		}

		public void add(T o) throws InterruptedException {
			semaphore.acquire();//信号量控制可访问的线程数目
			set.add(o);
			System.out.printf("add:%s%n",o);
		}

		public void remove(T o) {
			if (set.remove(o))
				semaphore.release();//释放掉信号量
			System.out.printf("remove:%s%n",o);
		}
	}
}

    总结：Semaphore通常用于对象池的控制

4．FutureTask
    我们先来学习一下JDK1.5 API中关于这个类的详细介绍：

    “取消的异步计算。利用开始和取消计算的方法、查询计算是否完成的方法和获取计算结果的方法，此类提供了对 Future 的基本实现。仅在计算完成时才能获取结果；如果计算尚未完成，则阻塞 get 方法。一旦计算完成，就不能再重新开始或取消计算。
可使用 FutureTask 包装 Callable 或 Runnable 对象。因为 FutureTask 实现了 Runnable，所以可将 FutureTask 提交给 Executor 执行。
除了作为一个独立的类外，此类还提供了 protected 功能，这在创建自定义任务类时可能很有用。 “

    应用举例： 我们的算法中有一个很耗时的操作，在编程的是，我们希望将它独立成一个模块，调用的时候当做它是立刻返回的，并且可以随时取消的

具体代码如下（参考 [JCIP]）

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.FutureTask;

public class TestFutureTask {

	public static void main(String[] args) {
		ExecutorService exec=Executors.newCachedThreadPool();
		
		FutureTask<String> task=new FutureTask<String>(new Callable<String>(){//FutrueTask的构造参数是一个Callable接口
			@Override
			public String call() throws Exception {
				return Thread.currentThread().getName();//这里可以是一个异步操作
			}});
			
			try {
				exec.execute(task);//FutureTask实际上也是一个线程
				String result=task.get();//取得异步计算的结果，如果没有返回，就会一直阻塞等待
				System.out.printf("get:%s%n",result);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			} catch (ExecutionException e) {
				e.printStackTrace();
			}
	}

}

    总结：FutureTask其实就是新建了一个线程单独执行，使得线程有一个返回值，方便程序的编写

5. Exchanger
    我们先来学习一下JDK1.5 API中关于这个类的详细介绍：
    “可以在pair中对元素进行配对和交换的线程的同步点。每个线程将条目上的某个方法呈现给 exchange 方法，与伙伴线程进行匹配，并且在返回时接收其伙伴的对象。Exchanger 可能被视为 SynchronousQueue 的双向形式。Exchanger 可能在应用程序（比如遗传算法和管道设计）中很有用。 “

    应用举例： 有两个缓存区，两个线程分别向两个缓存区fill和take，当且仅当一个满了，两个缓存区交换

    代码如下（参考了网上给的示例   http://hi.baidu.com/webidea/blog/item/2995e731e53ad5a55fdf0e7d.html）

import java.util.ArrayList;
import java.util.concurrent.Exchanger;

public class TestExchanger {

	public static void main(String[] args) {
		final Exchanger<ArrayList<Integer>> exchanger = new Exchanger<ArrayList<Integer>>();
		final ArrayList<Integer> buff1 = new ArrayList<Integer>(10);
		final ArrayList<Integer> buff2 = new ArrayList<Integer>(10);

		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				ArrayList<Integer> buff = buff1;
				try {
					while (true) {
						if (buff.size() >= 10) {
							buff = exchanger.exchange(buff);//开始跟另外一个线程交互数据
							System.out.println("exchange buff1");
							buff.clear();
						}
						buff.add((int)(Math.random()*100));
						Thread.sleep((long)(Math.random()*1000));
					}
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
		}).start();
		
		new Thread(new Runnable(){
			@Override
			public void run() {
				ArrayList<Integer> buff=buff2;
				while(true){
					try {
						for(Integer i:buff){
							System.out.println(i);
						}
						Thread.sleep(1000);
						buff=exchanger.exchange(buff);//开始跟另外一个线程交换数据
						System.out.println("exchange buff2");
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
			}}).start();
	}
}

    总结：Exchanger在特定的使用场景比较有用（两个伙伴线程之间的数据交互）
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