[转载] java多线程学习-java.util.concurrent详解(二)Semaphore/FutureTask/Exchanger

转载自http://janeky.iteye.com/blog/770393

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3. Semaphore 
    我们先来学习一下JDK1.5 API中关于这个类的详细介绍： 
“一个计数信号量。从概念上讲，信号量维护了一个许可集。如有必要，在许可可用前会阻塞每一个 acquire()，然后再获取该许可。每个 release() 添加一个许可，从而可能释放一个正在阻塞的获取者。但是，不使用实际的许可对象，Semaphore 只对可用许可的号码进行计数，并采取相应的行动。”

我们一般用它来控制某个对象的线程访问对象

例如，对于某个容器，我们规定，最多只能容纳n个线程同时操作 
使用信号量来模拟实现

具体代码如下（参考 [JCIP]）

Java代码  

1. import java.util.Collections;
2. import java.util.HashSet;
3. import java.util.Set;
4. import java.util.concurrent.ExecutorService;
5. import java.util.concurrent.Executors;
6. import java.util.concurrent.Semaphore;
7. public class TestSemaphore {
8. public static void main(String[] args) {
9. ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
10. TestSemaphore t = new TestSemaphore();
11. final BoundedHashSet<String> set = t.getSet();
12. for (int i = 0; i < 3; i++) {//三个线程同时操作add
13. exec.execute(new Runnable() {
14. public void run() {
15. try {
16. set.add(Thread.currentThread().getName());
17. } catch (InterruptedException e) {
18. e.printStackTrace();
19. }
20. }
21. });
22. }
23. for (int j = 0; j < 3; j++) {//三个线程同时操作remove
24. exec.execute(new Runnable() {
25. public void run() {
26. set.remove(Thread.currentThread().getName());
27. }
28. });
29. }
30. exec.shutdown();
31. }
32. public BoundedHashSet<String> getSet() {
33. return new BoundedHashSet<String>(2);//定义一个边界约束为2的线程
34. }
35. class BoundedHashSet<T> {
36. private final Set<T> set;
37. private final Semaphore semaphore;
38. public BoundedHashSet(int bound) {
39. this.set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<T>());
40. this.semaphore = new Semaphore(bound, true);
41. }
42. public void add(T o) throws InterruptedException {
43. semaphore.acquire();//信号量控制可访问的线程数目
44. set.add(o);
45. System.out.printf("add:%s%n",o);
46. }
47. public void remove(T o) {
48. if (set.remove(o))
49. semaphore.release();//释放掉信号量
50. System.out.printf("remove:%s%n",o);
51. }
52. }
53. }

总结：Semaphore通常用于对象池的控制

4．FutureTask 
    我们先来学习一下JDK1.5 API中关于这个类的详细介绍：

“取消的异步计算。利用开始和取消计算的方法、查询计算是否完成的方法和获取计算结果的方法，此类提供了对 Future 的基本实现。仅在计算完成时才能获取结果；如果计算尚未完成，则阻塞 get 方法。一旦计算完成，就不能再重新开始或取消计算。 
可使用 FutureTask 包装 Callable 或 Runnable 对象。因为 FutureTask 实现了 Runnable，所以可将 FutureTask 提交给 Executor 执行。 
除了作为一个独立的类外，此类还提供了 protected 功能，这在创建自定义任务类时可能很有用。 “

应用举例：我们的算法中有一个很耗时的操作，在编程的是，我们希望将它独立成一个模块，调用的时候当做它是立刻返回的，并且可以随时取消的

具体代码如下（参考 [JCIP]）

Java代码  

1. import java.util.concurrent.Callable;
2. import java.util.concurrent.ExecutionException;
3. import java.util.concurrent.ExecutorService;
4. import java.util.concurrent.Executors;
5. import java.util.concurrent.FutureTask;
6. public class TestFutureTask {
7. public static void main(String[] args) {
8. ExecutorService exec=Executors.newCachedThreadPool();
9. FutureTask<String> task=new FutureTask<String>(new Callable<String>(){//FutrueTask的构造参数是一个Callable接口
10. @Override
11. public String call() throws Exception {
12. return Thread.currentThread().getName();//这里可以是一个异步操作
13. }});
14. try {
15. exec.execute(task);//FutureTask实际上也是一个线程
16. String result=task.get();//取得异步计算的结果，如果没有返回，就会一直阻塞等待
17. System.out.printf("get:%s%n",result);
18. } catch (InterruptedException e) {
19. e.printStackTrace();
20. } catch (ExecutionException e) {
21. e.printStackTrace();
22. }
23. }
24. }

总结：FutureTask其实就是新建了一个线程单独执行，使得线程有一个返回值，方便程序的编写

5. Exchanger 
    我们先来学习一下JDK1.5 API中关于这个类的详细介绍： 
    “可以在pair中对元素进行配对和交换的线程的同步点。每个线程将条目上的某个方法呈现给 exchange 方法，与伙伴线程进行匹配，并且在返回时接收其伙伴的对象。Exchanger 可能被视为 SynchronousQueue 的双向形式。Exchanger 可能在应用程序（比如遗传算法和管道设计）中很有用。 “

应用举例：有两个缓存区，两个线程分别向两个缓存区fill和take，当且仅当一个满了，两个缓存区交换

代码如下（参考了网上给的示例   http://hi.baidu.com/webidea/blog/item/2995e731e53ad5a55fdf0e7d.html）

Java代码  

1. import java.util.ArrayList;
2. import java.util.concurrent.Exchanger;
3. public class TestExchanger {
4. public static void main(String[] args) {
5. final Exchanger<ArrayList<Integer>> exchanger = new Exchanger<ArrayList<Integer>>();
6. final ArrayList<Integer> buff1 = new ArrayList<Integer>(10);
7. final ArrayList<Integer> buff2 = new ArrayList<Integer>(10);
8. new Thread(new Runnable() {
9. @Override
10. public void run() {
11. ArrayList<Integer> buff = buff1;
12. try {
13. while (true) {
14. if (buff.size() >= 10) {
15. buff = exchanger.exchange(buff);//开始跟另外一个线程交互数据
16. System.out.println("exchange buff1");
17. buff.clear();
18. }
19. buff.add((int)(Math.random()*100));
20. Thread.sleep((long)(Math.random()*1000));
21. }
22. } catch (InterruptedException e) {
23. e.printStackTrace();
24. }
25. }
26. }).start();
27. new Thread(new Runnable(){
28. @Override
29. public void run() {
30. ArrayList<Integer> buff=buff2;
31. while(true){
32. try {
33. for(Integer i:buff){
34. System.out.println(i);
35. }
36. Thread.sleep(1000);
37. buff=exchanger.exchange(buff);//开始跟另外一个线程交换数据
38. System.out.println("exchange buff2");
39. } catch (InterruptedException e) {
40. e.printStackTrace();
41. }
42. }
43. }}).start();
44. }
45. }

总结：Exchanger在特定的使用场景比较有用（两个伙伴线程之间的数据交互）