构建多线程Java应用程序

大多数服务端应用程序都需要同时处理任务的能力，这样可以提高工作性能并增加硬件资源的利用。在早期的 Java版本(1.4或更早的)中，开发者需要完成并发(concurrent)应用程序——包括线程池逻辑—他们自己使用的是低层次语言结构和 Java Thread API。但是结果却总是不理想。Java Thread API的特性会导致不知情的编程者开发一些难以调试的编程错误的代码。

　　在Java5.0中，Sun公司采用了Java concurrency功能(JSR-166)来解决这些问题，并且提供了一套标准的APIs来创建并开发应用程序。本文探究了一些Java concurrency package提供的特性并使用这些功能来演示编写并发应用程序的技术。

　　Concurrent Programming的挑战

　　自从它发布以来，Java就提供了Thread类和低层次语言结构，例如synchronized 和volatile用来开发独立平台的并发应用程序。但是，用这些特性来构建并发应用程序并不是简单的事情。开发者要面对以下的挑战：

　　不正确的编程会导致一些困境，就是两个或两个以上的线程都等待永远被锁住的对方。

　　在Java语言中没有机制用于写wait-free, lock-free算法。开发者必须使用本地代码。

　　开发者必须编写他们复杂的线程池逻辑，这样会很棘手并且容易出错。

　　Java Concurrency Utilities的概述

　　JSR-166(Java concurrency utilities)，是Java5.0的一部分，通过着重在宽度并提供跨域大范围并发编程风格的重要功能，大大简化了在Java中并发应用程序的开发。

　　Java concurrency utilities提供了多种功能，开发者可以应用于更快更有预见性的并发应用程序的开发。这些功能让开发者从通过写自定义代码来重新发明wheel中解放出来。一些JSR-166的最显著的特点是：

　　标准的接口和构架来定义自定义线程子系统。

　　是一种机制用于规范调用，时序安排，执行和异步任务的控制，这是根据在Executor构架中的一套执行政策。

　　是一种机制通过类用于线程协调，例如semaphore, mutexe, barrier, latche和 exchangers。

　　非阻碍FIFO列队执行(ConcurrentLinkedQueue类)用于可升级的，有效的线程安全操作。

　　阻碍列队执行类来涵盖最常见的使用情况，对于生成者/消费者方法，信息，并行任务和相关的并发设计。

　　是一种构架用于锁定和等待不同于内置同步和监测器的条件。

　　随时准备使用的类用于在单个变量上的锁定自由，线程安全的编程。

　　开发一个Concurrent Java Application

　　本节是演示如何使用Java concurrency utility API来开发一个多线程的在线订单程序的电子商务应用程序。在应用程序生效并授权命令之后，把它们放在订单处理列队 (java.util.concurrent.BlockingQueue)。订单处理器线程池不断的对订单进行测验，而且当这些订单可以使用时进行处 理。

　　解耦应用程序的订单处理代码提供了增加和减少订单处理率的灵活性，通过改变线程池的大小。在一个并发BlockingQueue中放入订单对象确保一个处理器处理一个订单，而且它要照顾自动同步。

　　在以下小节中的代码段是截取于伴随本文中的应用程序源代码。

　　扩展ThreadPoolExecutor

　　Executor接口只规定了一个方法并从任务如何运行中解耦任务提交。ExecutorService子接口规定了额外的方法用于提交并追踪 异步任务，以及关闭线程池。ThreadPoolExecutor类是ExecutorService接口的一个具体的执行，应该足以用于大多数订单处理 应用程序的需求。

　　ThreadPoolExecutor也提供有用的连接方法(e.g., beforeExecute)，可以覆盖定制目的。在Listing 1中的CustomThreadPoolExecutor类扩展了ThreadPoolExecutor类并覆盖了beforeExecute, afterExecute和 terminated 方法。

 

@Override 　　public void afterExecute(Runnable r, Throwable t) { 　　super.afterExecute(r, t); 　　Logger.log("After calling afterExecute() method for a thread " 　　+ r); 　　} 　　@Override 　　public void terminated() { 　　super.terminated(); 　　Logger.log("Threadpool terminated"); 　　}

　　该覆盖方法只需登陆复写信息，但是在现实的情况中，它们能做更有用的事情。例如，terminated方法可以发送一个在这个池中的所有线程都死锁的警告。要正确构建多重覆盖，通常你应该从在子类中的各个方法中调用主类的覆盖方法。

　　Java concurrency API还提供了ScheduledExecutorService接口，可以扩展ExecutorServiceInterface，而且在一个特定延迟 或是定期的执行之后能够安排任务进行运行。ScheduledExecutorThreadPool是这个接口的具体执行。

　　确定异步任务执行

　　Executor 执行提交异步任务，这些任务执行实际的业务逻辑。向executor提交一个任务，ExecutorService接口提供重载的submit方法，可以接受Runnable 或是Callable 对象类型。

　　Runnable任务类型在以下情况下市非常有用的：

　　任务完成时不需要返回任何结果。

　　如果run()方法遇到一个例外，没有必要抛出一个特定程序检查例外。

　　移植现有的legacy 类来实施Runnable接口是必需的。

　　Callable任务类型提供了更多灵活性并提供了下列的优点：

　　任务可以返回用户定义对象作为结果。

　　任务可以抛出用户定义的检查例外。

　　你需要分别为Runnable 和Callable任务类型执行run() 和call()方法。

　　在Listing 2中的OrderProcessorCallable类执行Callable接口并指定一个Integer作为结果对象。Constructor把任务对 象名称和BlockingQueue当做检索命令来处理。call()方法继续为订单值对象调查BlockingQueue，并且处理任何所它所发现的事 情。如果没有订单处理，call()方法会休息一段时间再继续工作。

　　Call方法的无限循环在这个应用程序方案中是非常有用的，因为因为没有必要一次又一次为每个订单对象去创建并提交新的任务到ThreadPoolExecutor中。

 

public Integer call() throws OrderProcessingException { 　　while (running) { 　　// check if current Thread is interrupted 　　checkInterruptStatus(); 　　// poll for OrderVO from blocking queue and do 　　// order processing here 　　... 　　} 　　// return result 　　return processedCount; 　　}

　　请注意异步任务执行不断的为应用程序的生命周期运行。在大多数程序中，异步任务执行会进行必要的操作并立即返回。

　　处理线程中断

　　Call方法执行使用checkInterruptStatus方法在执行线程中断上进行经常性检查。这是必需的因为为了迫使任务取 消，ThreadPoolExecutor会向线程发送一个interrupt。否则检查中断状态会导致特定线程再也无法返回。以下的 checkInterruptStatus方法检查运行线程的中断状态，如果线程被中断会抛出OrderProcessingException。

 

private void checkInterruptStatus() throws 　　OrderProcessingException { 　　if (Thread.interrupted()) { 　　throw new OrderProcessingException("Thread was interrupted"); 　　} 　　}

　　作为任务的实施，它是抛出一个异常并在运行线程被中断的时候终止任务执行的一个非常好的练习。但是，基于订单处理的应用程序需求，在这种情况下忽略线程中断是非常恰当的。