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JAVA线程池例子

2018年04月18日 ⁄ 综合 ⁄ 共 5622字 ⁄ 字号 评论关闭

  • 用途及用法

 

 

网络请求通常有两种形式:第一种,请求不是很频繁,而且每次连接后会保持相当一段时间来读数据或者写数据,最后断开,如文件下载,网络流媒体等。另一种形式是请求频繁,但是连接上以后读/写很少量的数据就断开连接。考虑到服务的并发问题,如果每个请求来到以后服务都为它启动一个线程,那么这对服务的资源可能会造成很大的浪费,特别是第二种情况。因为通常情况下,创建线程是需要一定的耗时的,设这个时间为T1,而连接后读/写服务的时间为T2,当T1>>T2时,我们就应当考虑一种策略或者机制来控制,使得服务对于第二种请求方式也能在较低的功耗下完成。

通常,我们可以用线程池来解决这个问题,首先,在服务启动的时候,我们可以启动好几个线程,并用一个容器(如线程池)来管理这些线程。当请求到来时,可以从池中去一个线程出来,执行任务(通常是对请求的响应),当任务结束后,再将这个线程放入池中备用;如果请求到来而池中没有空闲的线程,该请求需要排队等候。最后,当服务关闭时销毁该池即可。

  • 结构

线程池中通常由这样几个概念(接口)组成:

  1. 线程池(Thread pool ),池是一个容器,容器中有很多个执行器,每一个执行器是一个线程。当然,这个容器的实现,可以是链表,可以是数组等等,不需要关心,需要关心的是,池必须提供一个可以从中取出执行器 的方法,可能还需要一个池中现有活动线程数方法,销毁池的方法等。
  2. 执行器(Executor ),每个执行器是一个线程,每个执行器可以执行一个任务 ,任务是做什么,此时还不很明确,它需要提供任务的setter/getter方法,并且作为一个线程,他可以独立运行,执行器执行完自身后,需要将自身放入池中。
  3. 任务(Task ),任务是每个线程具体要做的事,如资源下载,播放flash片段,打印一段文字到控制台等等,它本身不能执行,而需要将自身交给执行器。

整个池的机制和结构就是这样,当然,需要一个调度者(scheduler)来协调主线程和池的关系。结构,或者接口的目的是为了让我们从细节中解脱出来,从一个比较抽象的层次来描述系统,这样的好处是简单,而且设计出来的框架比较通用,可以适应很多相近相似的情况。由于Task具体干什么我们不知道,所以它几乎可以干任何适应于上边总结的网络连接的第二种情况(T1>>T2)。

  • 类的结构图

虽然为一个简单的实现设计一个标准的UML视图是不太现实的,但是这是一种受鼓励的做法,至少应该用铅笔在草纸上画出相关的视图,这样可以帮助以后的维护和更高级的扩展。

frame

  • 线程池的简单实现

实现可以是通过多种语言的,我们在此选择面向对象的JAVA,而如果你使用C的话,也没有问题,问题在上一小节已经描述清楚,语言是不重要的。

池是一个容器,我们考虑使用java.util.LinkedList类(可能由于它的长度是可变的,而且不需要我们使用者来考虑),也就是说,池需要维护一个链表。

 

Java代码
复制代码
  1. public interface Pool {//池接口
      
  2.     Executor getExecutor();   
  3.     void destroy();   
  4. }  
  
Java代码
复制代码
  1. public interface Executor {//执行器接口
      
  2.     void setTask(Task task);   
  3.     Task getTask();   
  4.     void startTask();   
  5. }  

 

 

鉴于执行器是池中的对象,而且外部没有必要知道其细节,我们考虑将Executor接口的实现做为Pool接口的实现的内部类。这样做的另一个好处是,更便于池的管理。

 

Java代码
复制代码
  1. import java.util.LinkedList;   
  2. import java.util.Properties;   
  3.   
  4. import redesigned.utils.PropReader;   
  5.   
  6. public class ThreadPool implements Pool{   
  7.     private boolean isShut;   
  8.     private LinkedList pool;   
  9.     private static Properties prop = PropReader.getProperties("webconfig.properties");   
  10.     private int size = Integer.parseInt(prop.getProperty("threadsperpage""3"));
      
  11.     public ThreadPool(){   
  12.         // read configuration and set the
      
  13.         // content of pool by objects of Executor
      
  14.         isShut = false;//set the status of pool to active
      
  15.         pool = new LinkedList();   
  16.         for(int i = 0; i < size; i++){   
  17.             Executor executor = new ExecutorImpl();//new a executor thread
      
  18.             pool.add(executor);//add it to pool
      
  19.             ((ExecutorImpl)executor).start();//start it
      
  20.         }   
  21.     }   
  22.     public void destroy() {//Destroy
      
  23.         synchronized(pool){   
  24.             isShut = true;//set the status of pool to inactive
      
  25.             pool.notifyAll();//notify all listener.
      
  26.             pool.clear();//clear the list of threads
      
  27.         }   
  28.     }   
  29.   
  30.     public Executor getExecutor(){   
  31.         Executor ret = null;   
  32.         synchronized(pool){//return if any.
      
  33.             if(pool.size() > 0){   
  34.                 ret = (Executor)pool.removeFirst();   
  35.             }else{   
  36.                 try {   
  37.                     pool.wait();   
  38.                 } catch (InterruptedException e) {   
  39.                     e.printStackTrace();   
  40.                 }   
  41.                 ret = (Executor)pool.removeFirst();   
  42.             }   
  43.         }   
  44.         return ret;   
  45.     }   
  46.   
  47. Executor接口的实现作为ThreadPool的内部类   
  48.     private class ExecutorImpl extends Thread implements Executor{   
  49.         private Task task;   
  50.         private Object lock = new Object();   
  51.         //private boolean loop = true;
      
  52.         public ExecutorImpl(){}   
  53.         public Task getTask() {   
  54.             return this.task;   
  55.         }   
  56.   
  57.         public void setTask(Task task) {   
  58.             this.task = task;   
  59.         }   
  60.         public void startTask(){   
  61.             //System.out.println("start here");
      
  62.             synchronized(lock){   
  63.                 lock.notify();   
  64.             }   
  65.         }   
  66.         public void run(){   
  67.             //get a task if any   
  68.             //then run it   
  69.             //then put self to pool
      
  70.             while(!isShut){   
  71.                 synchronized(lock){   
  72.                     try {   
  73.                         lock.wait();//wait for resource
      
  74.                     } catch (InterruptedException e) {   
  75.                         e.printStackTrace();   
  76.                     }   
  77.                 }   
  78.                 getTask().execute();//execute the task
      
  79.                 synchronized(pool){//put it self to the pool when finish the task
      
  80.                     pool.addFirst(ExecutorImpl.this);   
  81.                     pool.notifyAll();   
  82.                 }   
  83.             }   
  84.         }   
  85.     }   
  86. }   

 

 

好了,池设计好了,再来看看任务(Task)的接口和实现

Java代码
复制代码
  1. public interface Task {//这个接口也比较简单,可以执行,可以取到执行结果
      
  2.     void execute();   
  3.     byte[] getResult();   
  4. }  

 

Task的实现可以是多种多样的,下边的例子是一个加载资源的Task.使用方式

 

 

Java代码
复制代码
  1. Pool pool = new ThreadPool();// new a ThreadPool
      
  2. //load resources on each page, and start #s of thread.
      
  3. for(int i = 0; i < resourceList.size();i++){   
  4.     Executor executor = pool.getExecutor(); // get Executor form pool
      
  5.     Task resourceLoader = new ResourceLoader((String)resourceList.get(i));   
  6.     executor.setTask(resourceLoader); // set the task to executor
      
  7.     executor.startTask(); // try to start the executor.
      
  8. }   
  9.   
  10. //wait while all task are done, the destroy the pool.
      
  11. pool.destroy();   

 

  • 优势,或者适用范围
  1. 在并发时,需要被并发的线程不需要知道自己什么时候需要被启动,它子需要考虑这样一种情况:它自己从一个地方取出来一个执行器,然后把任务交给执行器,然后等待执行器结束即可,他关心的是自己所需要干的事,或者自己负责的事。这样,大家都简单,因为只需要做好自己的事情就好了。面向对象的一个秘诀为:永远相信合作者,使用别人的接口而不是自己去实现所有的接口。
  2. 这种T1>>T2的请求方式在网络中固然是常见的,在实际问题中同样是常见的。因此,掌握这种模式可能会对我们以后的程序设计提供方便和好处。
  • 小结

同步问题: 同步在线程的并发中意义非常之大,对临界资源的控制是并发时最关键的地方。如在线程池中,当池中没有空闲的线程时,新来的请求就必须等待,而一旦一个Task运行结束后,一方面将自己放入池中,一方面需要通知等待在pool中的其他线程。每一个执行器线程,一开始启动,则进入等待状态,此时不会消耗CPU资源。而当在外部调用执行器的startTask()方法,即可通知线程从等待状态中醒来,去出Task,执行之,将执行器本身放入池中,然后继续等待。

 

当然,实现的策略是可以多种多样的,但是问题的本质已经在第二小节结构
很明确的被定义了。

 

最近开始学习JAVA,同时也开始熟悉面向对象的思维方式,这篇日志,一来作为一个备忘,二来可以对可能需要的人提供帮助。以上可以算作是小结。

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