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JDK6 RC已经发布了,而对于JDK5的新特性还来不及使用,虽然在项目中还没有使用,但可以写一些Demo体验一下Tiger的魅力,现在的时代就是体验的时代,事事都要亲历亲为才能有发言权,怎么有点毛主席“实事求是”的感觉。

JDK5中的一个亮点就是将Doug Lea并发库引入到Java标准库中。Doug Lea确实是一个牛人,能教书,能出书,能编码,不过这在国外还是比较普遍的,而国内的教授们就相差太远了。

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“无限”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“最大线程数”、“最小线程数”和“空 闲线程keepAlive的时间”。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。

 

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, 12, 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, 25, 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。

 

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;
public class TestCyclicBarrier {
  // 徒步需要的时间: Shenzhen, Guangzhou, Shaoguan, Changsha, Wuhan
  private static int[] timeWalk = 58151510 };
  // 自驾游
  private static int[] timeSelf = 1344};
  // 旅游大巴
  private static int[] timeBus = 2466};
  
  static String now() {
    SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
    return sdf.format(new Date()) ": ";
  }

  static 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[01000);
        System.out.println(now() + tourName + " Reached Shenzhen");
        barrier.await();
        Thread.sleep(times[11000);
        System.out.println(now() + tourName + " Reached Guangzhou");
        barrier.await();
        Thread.sleep(times[21000);
        System.out.println(now() + tourName + " Reached Shaoguan");
        barrier.await();
        Thread.sleep(times[31000);
        System.out.println(now() + tourName + " Reached Changsha");
        barrier.await();
        Thread.sleep(times[41000);
        System.out.println(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", timeWalk));
    exec.submit(new Tour(barrier, "SelfTour", timeSelf));
    exec.submit(new Tour(barrier, "BusTour", 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

 

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“标 识”,算法中也叫“哨兵”,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。

package concurrent;
import java.io.File;
import java.io.FileFilter;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class TestBlockingQueue {
  static long randomTime() {
    return (long) (Math.random() 1000);
  }

  public static void main(String[] args) {
    // 能容纳100个文件
    final BlockingQueue<File> queue = new LinkedBlockingQueue<File>(100);
    // 线程池
    final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(5);
    final File root = new File("F:\\JavaLib");
    // 完成标志
    final File exitFile = new File("");
    // 读个数
    final AtomicInteger rc = new AtomicInteger();
    // 写个数
    final AtomicInteger wc = new AtomicInteger();
    // 读线程
    Runnable read = new Runnable() {
      public void run() {
        scanFile(root);
        scanFile(exitFile);
      }

      public void scanFile(File file) {
        if (file.isDirectory()) {
          File[] files = file.listFiles(new FileFilter() {
            public boolean accept(File pathname) {
              return pathname.isDirectory()
                  || pathname.getPath().endsWith(".java");
            }
          });
          for (File one : files)
            scanFile(one);
        else {
          try {
            int index = rc.incrementAndGet();
            System.out.println("Read0: " + index + " "
                + file.getPath());
            queue.put(file);
          catch (InterruptedException e) {
          }
        }
      }
    };
    exec.submit(read);
    // 四个写线程
    for (int index = 0; index < 4; index++) {
      // write thread
      final int NO = index;
      Runnable write = new Runnable() {
        String threadName = "Write" + NO;
        public void run() {
          while (true) {
            try {
              Thread.sleep(randomTime());
              int index = wc.incrementAndGet();
              File file = queue.take();
              // 队列已经无对象
              if (file == exitFile) {
                // 再次添加"标志",以让其他线程正常退出
                queue.put(exitFile);
                break;
              }
              System.out.println(threadName + ": " + index + " "
                  + file.getPath());
            catch (InterruptedException e) {
            }
          }
        }
      };
      exec.submit(write);
    }
    exec.shutdown();
  }
}

名字可以看出,CountDownLatch是一个倒数计数的锁,当倒数到0时触发事件,也就是开锁,其他人就可以进入了。在一些应用场合中,需要等待某个条件达到要求后才能做后面的事情;同时当线程都完成后也会触发事件,以便进行后面的操作。

CountDownLatch最重要的方法是countDown()和await(),前者主要是倒数一次,后者是等待倒数到0,如果没有到达0,就只有阻塞等待了。

一个CountDouwnLatch实例是不能重复使用的,也就是说它是一次性的,锁一经被打开就不能再关闭使用了,如果想重复使用,请考虑使用CyclicBarrier

下面的例子简单的说明了CountDownLatch的使用方法,模拟了100米赛跑,10名选手已经准备就绪,只等裁判一声令下。当所有人都到达终点时,比赛结束。

同样,线程池需要显式shutdown。

package concurrent;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TestCountDownLatch {
  public static void main(String[] argsthrows InterruptedException {
    // 开始的倒数锁
    final CountDownLatch begin = new CountDownLatch(1);
    // 结束的倒数锁
    final CountDownLatch end = new CountDownLatch(10);
    // 十名选手
    final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);
    for(int index = 0; index < 10; index++) {
      final int NO = index + 1;
      Runnable run = new Runnable(){
        public void run() {
          try {
            begin.await();
            Thread.sleep((long) (Math.random() 10000));
            System.out.println("No." + NO + " arrived");
          catch (InterruptedException e) {
          finally {
            end.countDown();
          }
        }
      };
      exec.submit(run);
    }
    System.out.println("Game Start");
    begin.countDown();
    end.await();
    System.out.println("Game Over");
    exec.shutdown();
  }
}

运行结果:
Game Start
No.4 arrived
No.1 arrived
No.7 arrived
No.9 arrived
No.3 arrived
No.2 arrived
No.8 arrived
No.10 arrived
No.6 arrived
No.5 arrived
Game Over

 

时 候在实际应用中,某些操作很耗时,但又不是不可或缺的步骤。比如用网页浏览器浏览新闻时,最重要的是要显示文字内容,至于与新闻相匹配的图片就没有那么重 要的,所以此时首先保证文字信息先显示,而图片信息会后显示,但又不能不显示,由于下载图片是一个耗时的操作,所以必须一开始就得下载。

Java的并发库Future类 就可以满足这个要求。Future的重要方法包括get()和cancel(),get()获取数据对象,如果数据没有加载,就会阻塞直到取到数据,而 cancel()是取消数据加载。另外一个get(timeout)操作,表示如果在timeout时间内没有取到就失败返回,而不再阻塞。

下面的Demo简单的说明了Future的使用方法:一个非常耗时的操作必须一开始启动,但又不能一直等待;其他重要的事情又必须做,等完成后,就可以做不重要的事情。

package concurrent;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

public class TestFutureTask {
  public static void main(String[] args)throws InterruptedException,
      ExecutionException {
    final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(5);
    Callable<String> call = new Callable<String>() {
      public String call() throws Exception {
        Thread.sleep(1000 5);
        return "Other less important but longtime things.";
      }
    };
    Future<String> task = exec.submit(call);
    // 重要的事情
    Thread.sleep(1000 3);
    System.out.println("Let's do important things.");
    // 其他不重要的事情
    String obj = task.get();
    System.out.println(obj);
    // 关闭线程池
    exec.shutdown();
  }
}

运行结果:
Let's do important things.
Other less important but longtime things.

 

虑以下场景:浏览网页时,浏览器了5个线程下载网页中的图片文件,由于图片大小、网站访问速度等诸多因素的影响,完成图片下载的时间就会有很大的不同。如果先下载完成的图片就会被先显示到界面上,反之,后下载的图片就后显示。

Java的并发库CompletionService可 以满足这种场景要求。该接口有两个重要方法:submit()和take()。submit用于提交一个runnable或者callable,一般会提 交给一个线程池处理;而take就是取出已经执行完毕runnable或者callable实例的Future对象,如果没有满足要求的,就等待了。 CompletionService还有一个对应的方法poll,该方法与take类似,只是不会等待,如果没有满足要求,就返回null对象。

package concurrent;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.CompletionService;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorCompletionService;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

public class TestCompletionService {
  public static void main(String[] argsthrows InterruptedException,
      ExecutionException {
    ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);
    CompletionService<String> serv = 
      new ExecutorCompletionService<String>(exec);

    for (int index = 0; index < 5; index++) {
      final int NO = index;
      Callable<String> downImg = new Callable<String>() {
        public String call() throws Exception {
          Thread.sleep((long) (Math.random() 10000));
          return "Downloaded Image " + NO;
        }
      };
      serv.submit(downImg);
    }

    Thread.sleep(1000 2);
    System.out.println("Show web content");
    for (int index = 0; index < 5; index++) {
      Future<String> task = serv.take();
      String img = task.get();
      System.out.println(img);
    }
    System.out.println("End");
    // 关闭线程池
    exec.shutdown();
  }
}

运行结果:
Show web content
Downloaded Image 1
Downloaded Image 2
Downloaded Image 4
Downloaded Image 0
Downloaded Image 3
End

 

操作系统的信号量是个很重要的概念,在进程控制方面都有应用。Java并发库Semaphore可以很轻松完成信号量控制,Semaphore可以控制某个资源可被同时访问的个数,acquire()获取一个许可,如果没有就等待,而release()释放一个许可。比如在Windows下可以设置共享文件的最大客户端访问个数。

Semaphore维护了当前访问的个数,提供同步机制,控制同时访问的个数。在数据结构中链表可以保存“无限”的节点,用Semaphore可以实现有限大小的链表。另外重入锁ReentrantLock也可以实现该功能,但实现上要负责些,代码也要复杂些。

下面的Demo中申明了一个只有5个许可的Semaphore,而有20个线程要访问这个资源,通过acquire()和release()获取和释放访问许可。

package concurrent;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;

public class TestSemaphore {
  public static void main(String[] args) {
    // 线程池
    ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
    // 只能5个线程同时访问
    final Semaphore semp = new Semaphore(5);
    // 模拟20个客户端访问
    for (int index = 0; index < 20; index++) {
      final int NO = index;
      Runnable run = new Runnable() {
        public void run() {
          try {
            // 获取许可
            semp.acquire();
            System.out.println("Accessing: " + NO);
            Thread.sleep((long) (Math.random() 10000));
            // 访问完后,释放
            semp.release();
          catch (InterruptedException e) {
          }
        }
      };
      exec.execute(run);
    }
    // 退出线程池
    exec.shutdown();
  }
}

运行结果:
Accessing: 0
Accessing: 1
Accessing: 2
Accessing: 3
Accessing: 4
Accessing: 5
Accessing: 6
Accessing: 7
Accessing: 8
Accessing: 9
Accessing: 10
Accessing: 11
Accessing: 12
Accessing: 13
Accessing: 14
Accessing: 15
Accessing: 16
Accessing: 17
Accessing: 18
Accessing: 19

posted on 2008-08-06 14:27 doodoosun 阅读(163) 评论(0)  编辑  收藏 所属分类: Java 相关

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