Java 多线程编程之八：多线程的调度

        本博客是“Java 多线程编程”系列的后续篇。“Java 多线程编程”系列其他博客请参阅本博客结尾部分。
        有多个线程，如何控制它们执行的先后次序？
        方法一： 设置线程优先级。
        java.lang.Thread 提供了 setPriority(int newPriority) 方法来设置线程的优先级，但线程的优先级是无法保障线程的执行次序的，优先级只是提高了优先级高的线程获取 CPU 资源的概率。也就是说，这个方法不靠谱。
        方法二： 使用线程合并。
        使用 java.lang.Thread 的 join() 方法。比如有线程 a，现在当前线程想等待 a 执行完之后再往下执行，那就可以使用 a.join()。一旦线程使用了 a.join()，那么当前线程会一直等待 a 消亡之后才会继续执行。什么时候 a 消亡？a 的 run() 方法执行结束了 a 就消亡了。
        这个方法可以有效地进行线程调度，但却只能局限于等待一个线程的执行调度。如果要等待 N 个线程的话，显然是无能为力了。而且等待线程必须在被等待线程消亡后才得到继续执行的指令，无法做到两个线程真正意义上的并发，灵活性较差。
        方法三： 使用线程通信。
        java.lang.Object 提供了可以进行线程间通信的 wait 与 notify 、notifyAll 等方法。每个 Java 对象都有一个隐性的线程锁的概念，通过这个线程锁的概念我们让线程间可以进行通信，各线程不再埋头单干。著名的“生产者-消费者”模型就是基于这个原理实现的。
        这个方法也可以有效地进行线程调度，而且也不仅仅局限于等待一个线程的执行调度，具有很大程度上的灵活性。但操作复杂，不易控制容易造成混乱，程序维护起来也不太方便。
        方法四： 使用闭锁。
        闭锁就像一扇门，在先决条件未达成之前这扇门是闭着的，线程无法通过，先决条件达成之后，闭锁打开，线程就可以继续执行了。java.util.concurrent.CountDownLatch 是一个很实用的闭锁实现，它提供了 countDown() 和 await() 方法达成线程执行队列，这个方法最适合 M 个线程等待 N 个线程执行结束再执行的情况。首先初始化一个 CountDownLatch 对象，比如 CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(N);该对象具有 N 作为计数阀值，每个被等待线程通过对 doneSignal 对象的持有，使用 countDown() 可以将 doneSignal 的计数阀值减一；每个等待线程通过对 doneSignal 对象的持有，使用 await() 阻塞当前线程，直到 doneSignal 计数阀值减为 0，才继续往下执行。
        这个方法也可以有效地进行线程调度，而且比方法三更易于管理，开发者只需控制好 CountDownLatch 即可。但线程执行次序管理相对单一，它只是指出当前等待线程的数量，而且 CountDownLatch 的初始阀值一旦设置就只能递减下去，无法重置。如需递减过程中进行阀值的重置可以参考 java.util.concurrent.CyclicBarrier。
        不管如何，CountDownLatch 对于一定条件下的线程队列的达成还是很有用的。对于复杂环境下的线程管理还是卓有成效的。所以熟悉和把握对它的使用还是很有必要的。

        以下是一个实际项目中 CountDownLatch 的使用的例子：

	private Map<Long,DecryptSignalAndPath> afterDecryptFilePathMap = new HashMap<Long,DecryptSignalAndPath>();//TODO 注意容器垃圾数据的清理工作
	class DecryptRunnable implements Runnable {
		private ServerFileBean serverFile;
		private Long fid;//指向解密文件
		private CountDownLatch decryptSignal;
		protected DecryptRunnable(Long fid, ServerFileBean serverFile, CountDownLatch decryptSignal) {
			this.fid = fid;
			this.serverFile = serverFile;
			this.decryptSignal = decryptSignal;
		}
		@Override
		public void run() {
			//开始解密
			String afterDecryptFilePath = null;
			DecryptSignalAndPath decryptSignalAndPath = new DecryptSignalAndPath();
			decryptSignalAndPath.setDecryptSignal(decryptSignal);
			afterDecryptFilePathMap.put(fid, decryptSignalAndPath);
			afterDecryptFilePath = decryptFile(serverFile);
			decryptSignalAndPath.setAfterDecryptFilePath(afterDecryptFilePath);
			decryptSignal.countDown();//通知所有阻塞的线程
		}
		
	}
	class DecryptSignalAndPath {
		private String afterDecryptFilePath;
		private CountDownLatch decryptSignal;
		public String getAfterDecryptFilePath() {
			return afterDecryptFilePath;
		}
		public void setAfterDecryptFilePath(String afterDecryptFilePath) {
			this.afterDecryptFilePath = afterDecryptFilePath;
		}
		public CountDownLatch getDecryptSignal() {
			return decryptSignal;
		}
		public void setDecryptSignal(CountDownLatch decryptSignal) {
			this.decryptSignal = decryptSignal;
		}
	}

        需要先执行的，被等待线程在这里加入：

			CountDownLatch decryptSignal = new CountDownLatch(1);
			new Thread(new DecryptRunnable(fid, serverFile, decryptSignal)).start();//无需拿到新线程句柄，由 CountDownLatch 自行跟踪
			try {
				decryptSignal.await();
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
			}

        需要后执行，等待的线程可以这样加入：

				CountDownLatch decryptSignal = afterDecryptFilePathMap.get(fid).getDecryptSignal();
				
				try {
					decryptSignal.await();
				} catch (InterruptedException e) {
					// TODO Auto-generated catch block
				}

        当然，这也仅仅只是一个简单的 CountDownLatch 的使用展示，对于 CountDownLatch 来说有点大材小用了，因为它可以胜任更复杂的多线程环境。示例中的案例完全可以使用线程通信进行搞定。因为 CountDownLatch 的阀值初始为 1，所以这里甚至完全可以使用方法二所说的线程的合并进行取代。

        如果读者觉得以上示例不够清晰，也可以参考 JDK API 提供的 demo，这个清晰明了：

 class Driver2 { // ...
   void main() throws InterruptedException {
     CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(N);
     Executor e = ...

     for (int i = 0; i < N; ++i) // create and start threads
       e.execute(new WorkerRunnable(doneSignal, i));

     doneSignal.await();           // wait for all to finish
   }
 }

 class WorkerRunnable implements Runnable {
   private final CountDownLatch doneSignal;
   private final int i;
   WorkerRunnable(CountDownLatch doneSignal, int i) {
      this.doneSignal = doneSignal;
      this.i = i;
   }
   public void run() {
      try {
        doWork(i);
        doneSignal.countDown();
      } catch (InterruptedException ex) {} // return;
   }

   void doWork() { ... }
 }

        “Java 多线程编程”系列其他博客：
        Java 多线程编程之一 进程与线程,并发和并行的区别:吃馒头的比喻
        Java 多线程编程之二 volatile 关键字的使用
        Java 多线程编程之三：synchronized 关键字的使用
        Java 多线程编程之四：获取 Java VM 中当前运行的所有线程
        Java 多线程编程之五：一个理解 wait() 与 notify() 的例子
        Java 多线程编程之六：线程之间的通信（附源代码）
        Java 多线程编程之七：死锁（附源代码）