java.util.concurrent 多线程框架---线程池编程（一）

pengjunling

　　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&#8220;无限&#8221;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&#8220;最大线程数&#8221;、&#8220;最小线程数&#8221;和&#8220;空闲线程keepAlive的时间&#8221;。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。

package concurrent;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
class TestCyclicBarrier
{
    // 徒步需要的时间: Shenzhen, Guangzhou, Shaoguan, Changsha, Wuhan
    public static int[] timeWalk = { 5, 8, 15, 15, 10 };
    // 自驾游
    public static int[] timeSelf = { 1, 3, 4, 4, 5 };
    // 旅游大巴
    public static int[] timeBus = { 2, 4, 6, 6, 7 };
    public static String now()
    {
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
        return sdf.format(new Date()) + ": ";
    }
}
public class Tour implements Runnable
{
    private int[] times;
    private CyclicBarrier barrier;
    private String tourName;
    public Tour(CyclicBarrier barrier, String tourName, int[] times)
    {
        this.times = times;
        this.tourName = tourName;
        this.barrier = barrier;
    }
    public void run()
    {
        try
        {
            Thread.sleep(times[0] * 1000);
            System.out.println(TestCyclicBarrier.now() + tourName + "Reached Shenzhen");
            barrier.await();
            Thread.sleep(times[1] * 1000);
            System.out.println(TestCyclicBarrier.now() + tourName + " Reached Guangzhou");
            barrier.await(); Thread.sleep(times[2] * 1000);
            System.out.println(TestCyclicBarrier.now() + tourName + " Reached Shaoguan");
            barrier.await();
            Thread.sleep(times[3] * 1000);
            System.out.println(TestCyclicBarrier.now() + tourName + " Reached Changsha");
            barrier.await();
            Thread.sleep(times[4] * 1000);
            System.out.println(TestCyclicBarrier.now() + tourName + " Reached Wuhan");
            barrier.await();
        }
        catch (InterruptedException e)
        { }
        catch (BrokenBarrierException e)
        { }
    }
    public static void main(String[] args)
    { // 三个旅行团
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);
        ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(3);
        exec.submit(new Tour(barrier, "WalkTour", TestCyclicBarrier.timeWalk));
        exec.submit(new Tour(barrier, "SelfTour", TestCyclicBarrier.timeSelf));
        exec.submit(new Tour(barrier, "BusTour", TestCyclicBarrier.timeBus));
        exec.shutdown();
    }
}
    　　运行结果： 00:02:25: SelfTour Reached Shenzhen 00:02:25: BusTour Reached Shenzhen 00:02:27: WalkTour Reached Shenzhen 00:02:30: SelfTour Reached Guangzhou 00:02:31: BusTour Reached Guangzhou 00:02:35: WalkTour Reached Guangzhou 00:02:39: SelfTour Reached Shaoguan 00:02:41: BusTour Reached Shaoguan
　　并发库中的BlockingQueue是一个比较好玩的类，顾名思义，就是阻塞队列。该类主要提供了两个方法put()和take()，前者将一个对象放到队列中，如果队列已经满了，就等待直到有空闲节点；后者从head取一个对象，如果没有对象，就等待直到有可取的对象。
　　下面的例子比较简单，一个读线程，用于将要处理的文件对象添加到阻塞队列中，另外四个写线程用于取出文件对象，为了模拟写操作耗时长的特点，特让线程睡眠一段随机长度的时间。另外，该Demo也使用到了线程池和原子整型（AtomicInteger），AtomicInteger可以在并发情况下达到原子化更新，避免使用了synchronized，而且性能非常高。由于阻塞队列的put和take操作会阻塞，为了使线程退出，特在队列中添加了一个&#8220;标识&#8221;，算法中也叫&#8220;哨兵&#8221;，当发现这个哨兵后，写线程就退出。
　　当然线程池也要显式退出了。