java.util.concurrent 多线程框架

（来源于http://wensong.iteye.com/blog/680702）

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 threads    
ExecutorService 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 shutdown    
exec.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Scheduler   
scheduler.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。

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 serv =   
16.new ExecutorCompletionService(exec);   
17.  
18.for (int index = 0; index < 5; index++) {   
19.final int NO = index;   
20.Callable downImg = new Callable() {   
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 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并发库的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。

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

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。