paulwong

JAVA线程池例子

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。

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。

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public interface Pool {//池接口
    Executor getExecutor();
    void destroy();
}

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public interface Executor {//执行器接口
    void setTask(Task task);
    Task getTask();
    void startTask();
}

       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。

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import java.util.LinkedList;
import java.util.Properties;
 
import redesigned.utils.PropReader;
 
public class ThreadPool implements Pool{
    private boolean isShut;
    private LinkedList pool;
    private static Properties prop = PropReader.getProperties("webconfig.properties");
    private int size = Integer.parseInt(prop.getProperty("threadsperpage""3"));
    public ThreadPool(){
        // read configuration and set the
        // content of pool by objects of Executor
        isShut = false;//set the status of pool to active
        pool = new LinkedList();
        for(int i = 0; i < size; i++){
            Executor executor = new ExecutorImpl();//new a executor thread
            pool.add(executor);//add it to pool
            ((ExecutorImpl)executor).start();//start it
        }
    }
    public void destroy() {//Destroy
        synchronized(pool){
            isShut = true;//set the status of pool to inactive
            pool.notifyAll();//notify all listener.
            pool.clear();//clear the list of threads
        }
    }
 
    public Executor getExecutor(){
        Executor ret = null;
        synchronized(pool){//return if any.
            if(pool.size() > 0){
                ret = (Executor)pool.removeFirst();
            }else{
                try {
                    pool.wait();
                catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                ret = (Executor)pool.removeFirst();
            }
        }
        return ret;
    }
 
    // Executor接口的实现作为ThreadPool的内部类
    private class ExecutorImpl extends Thread implements Executor{
        private Task task;
        private Object lock = new Object();
        //private boolean loop = true;
        public ExecutorImpl(){}
        public Task getTask() {
            return this.task;
        }
 
        public void setTask(Task task) {
            this.task = task;
        }
        public void startTask(){
            //System.out.println("start here");
            synchronized(lock){
                lock.notify();
            }
        }
        public void run(){
            //get a task if any
            //then run it
            //then put self to pool
            while(!isShut){
                synchronized(lock){
                    try {
                        lock.wait();//wait for resource
                    catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                getTask().execute();//execute the task
                synchronized(pool){//put it self to the pool when finish the task
                    pool.addFirst(ExecutorImpl.this);
                    pool.notifyAll();
                }
            }
        }
    }
}

好了,池设计好了,再来看看任务(Task)的接口和实现。

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public interface Task {//这个接口也比较简单,可以执行,可以取到执行结果
    void execute();
    byte[] getResult();
}

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。

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Pool pool = new ThreadPool();// new a ThreadPool
//load resources on each page, and start #s of thread.
for(int i = 0; i < resourceList.size();i++){
    Executor executor = pool.getExecutor(); // get Executor form pool
    Task resourceLoader = new ResourceLoader((String)resourceList.get(i));
    executor.setTask(resourceLoader); // set the task to executor
    executor.startTask(); // try to start the executor.
}
 
//wait while all task are done, the destroy the pool.
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。 

posted on 2014-09-09 07:31 paulwong 阅读(508) 评论(0)  编辑  收藏 所属分类: J2SE


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