java.util.concurrent 多线程框架

http://daoger.iteye.com/blog/142485

博客分类:

多线程Java框架Tomcatthread

(来源于http://www.zhuaxia.com/item/590227619/)

JDK5中的一个亮点就是将Doug Lea的并发库引入到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。

Java代码  

  1. package concurrent;
  2. import java.util.concurrent.ExecutorService;
  3. import java.util.concurrent.Executors;
  4. public class TestThreadPool {
  5. public static void main(String args[]) throws InterruptedException {
  6. // only two threads
  7. ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(2);
  8. for(int index = 0; index < 100; index++) {
  9. Runnable run = new Runnable() {
  10. public void run() {
  11. long time = (long) (Math.random() * 1000);
  12. System.out.println(“Sleeping ” + time + “ms”);
  13. try {
  14. Thread.sleep(time);
  15. } catch (InterruptedException e) {
  16. }
  17. }
  18. };
  19. exec.execute(run);
  20. }
  21. // must shutdown
  22. exec.shutdown();
  23. }
  24. }

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。

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。

Java代码  

  1. package concurrent;
  2. import static java.util.concurrent.TimeUnit.SECONDS;
  3. import java.util.Date;
  4. import java.util.concurrent.Executors;
  5. import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
  6. import java.util.concurrent.ScheduledFuture;
  7. public class TestScheduledThread {
  8. public static void main(String[] args) {
  9. final ScheduledExecutorService scheduler = Executors
  10. .newScheduledThreadPool(2);
  11. final Runnable beeper = new Runnable() {
  12. int count = 0;
  13. public void run() {
  14. System.out.println(new Date() + ” beep ” + (++count));
  15. }
  16. };
  17. // 1秒钟后运行,并每隔2秒运行一次
  18. final ScheduledFuture beeperHandle = scheduler.scheduleAtFixedRate(
  19. beeper, 1, 2, SECONDS);
  20. // 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
  21. final ScheduledFuture beeperHandle2 = scheduler
  22. .scheduleWithFixedDelay(beeper, 2, 5, SECONDS);
  23. // 30秒后结束关闭任务,并且关闭Scheduler
  24. scheduler.schedule(new Runnable() {
  25. public void run() {
  26. beeperHandle.cancel(true);
  27. beeperHandle2.cancel(true);
  28. scheduler.shutdown();
  29. }
  30. }, 30, SECONDS);
  31. }
  32. }

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。

Java代码  

  1. package concurrent;
  2. import java.text.SimpleDateFormat;
  3. import java.util.Date;
  4. import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
  5. import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
  6. import java.util.concurrent.ExecutorService;
  7. import java.util.concurrent.Executors;
  8. public class TestCyclicBarrier {
  9. // 徒步需要的时间: Shenzhen, Guangzhou, Shaoguan, Changsha, Wuhan
  10. private static int[] timeWalk = { 5, 8, 15, 15, 10 };
  11. // 自驾游
  12. private static int[] timeSelf = { 1, 3, 4, 4, 5 };
  13. // 旅游大巴
  14. private static int[] timeBus = { 2, 4, 6, 6, 7 };
  15. static String now() {
  16. SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat(“HH:mm:ss”);
  17. return sdf.format(new Date()) + “: “;
  18. }
  19. static class Tour implements Runnable {
  20. private int[] times;
  21. private CyclicBarrier barrier;
  22. private String tourName;
  23. public Tour(CyclicBarrier barrier, String tourName, int[] times) {
  24. this.times = times;
  25. this.tourName = tourName;
  26. this.barrier = barrier;
  27. }
  28. public void run() {
  29. try {
  30. Thread.sleep(times[0] * 1000);
  31. System.out.println(now() + tourName + ” Reached Shenzhen”);
  32. barrier.await();
  33. Thread.sleep(times[1] * 1000);
  34. System.out.println(now() + tourName + ” Reached Guangzhou”);
  35. barrier.await();
  36. Thread.sleep(times[2] * 1000);
  37. System.out.println(now() + tourName + ” Reached Shaoguan”);
  38. barrier.await();
  39. Thread.sleep(times[3] * 1000);
  40. System.out.println(now() + tourName + ” Reached Changsha”);
  41. barrier.await();
  42. Thread.sleep(times[4] * 1000);
  43. System.out.println(now() + tourName + ” Reached Wuhan”);
  44. barrier.await();
  45. } catch (InterruptedException e) {
  46. } catch (BrokenBarrierException e) {
  47. }
  48. }
  49. }
  50. public static void main(String[] args) {
  51. // 三个旅行团
  52. CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);
  53. ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(3);
  54. exec.submit(new Tour(barrier, “WalkTour”, timeWalk));
  55. exec.submit(new Tour(barrier, “SelfTour”, timeSelf));
  56. exec.submit(new Tour(barrier, “BusTour”, timeBus));
  57. exec.shutdown();
  58. }
  59. }

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“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。

Java代码  

  1. package concurrent;
  2. import java.io.File;
  3. import java.io.FileFilter;
  4. import java.util.concurrent.BlockingQueue;
  5. import java.util.concurrent.ExecutorService;
  6. import java.util.concurrent.Executors;
  7. import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
  8. import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
  9. public class TestBlockingQueue {
  10. static long randomTime() {
  11. return (long) (Math.random() * 1000);
  12. }
  13. public static void main(String[] args) {
  14. // 能容纳100个文件
  15. final BlockingQueue queue = new LinkedBlockingQueue(100);
  16. // 线程池
  17. final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(5);
  18. final File root = new File(“F:\\JavaLib”);
  19. // 完成标志
  20. final File exitFile = new File(“”);
  21. // 读个数
  22. final AtomicInteger rc = new AtomicInteger();
  23. // 写个数
  24. final AtomicInteger wc = new AtomicInteger();
  25. // 读线程
  26. Runnable read = new Runnable() {
  27. public void run() {
  28. scanFile(root);
  29. scanFile(exitFile);
  30. }
  31. public void scanFile(File file) {
  32. if (file.isDirectory()) {
  33. File[] files = file.listFiles(new FileFilter() {
  34. public boolean accept(File pathname) {
  35. return pathname.isDirectory()
  36. || pathname.getPath().endsWith(“.java”);
  37. }
  38. });
  39. for (File one : files)
  40. scanFile(one);
  41. } else {
  42. try {
  43. int index = rc.incrementAndGet();
  44. System.out.println(“Read0: ” + index + ” “
  45. + file.getPath());
  46. queue.put(file);
  47. } catch (InterruptedException e) {
  48. }
  49. }
  50. }
  51. };
  52. exec.submit(read);
  53. // 四个写线程
  54. for (int index = 0; index < 4; index++) {
  55. // write thread
  56. final int NO = index;
  57. Runnable write = new Runnable() {
  58. String threadName = “Write” + NO;
  59. public void run() {
  60. while (true) {
  61. try {
  62. Thread.sleep(randomTime());
  63. int index = wc.incrementAndGet();
  64. File file = queue.take();
  65. // 队列已经无对象
  66. if (file == exitFile) {
  67. // 再次添加”标志”,以让其他线程正常退出
  68. queue.put(exitFile);
  69. break;
  70. }
  71. System.out.println(threadName + “: ” + index + ” “
  72. + file.getPath());
  73. } catch (InterruptedException e) {
  74. }
  75. }
  76. }
  77. };
  78. exec.submit(write);
  79. }
  80. exec.shutdown();
  81. }
  82. }

从名字可以看出,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。

Java代码  

  1. package concurrent;
  2. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
  3. import java.util.concurrent.ExecutorService;
  4. import java.util.concurrent.Executors;
  5. public class TestCountDownLatch {
  6. public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  7. // 开始的倒数锁
  8. final CountDownLatch begin = new CountDownLatch(1);
  9. // 结束的倒数锁
  10. final CountDownLatch end = new CountDownLatch(10);
  11. // 十名选手
  12. final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);
  13. for(int index = 0; index < 10; index++) {
  14. final int NO = index + 1;
  15. Runnable run = new Runnable(){
  16. public void run() {
  17. try {
  18. begin.await();
  19. Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
  20. System.out.println(“No.” + NO + ” arrived”);
  21. } catch (InterruptedException e) {
  22. } finally {
  23. end.countDown();
  24. }
  25. }
  26. };
  27. exec.submit(run);
  28. }
  29. System.out.println(“Game Start”);
  30. begin.countDown();
  31. end.await();
  32. System.out.println(“Game Over”);
  33. exec.shutdown();
  34. }
  35. }

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

有时候在实际应用中,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的并发库的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。

Java代码  

  1. package concurrent;
  2. import java.util.concurrent.Callable;
  3. import java.util.concurrent.ExecutionException;
  4. import java.util.concurrent.ExecutorService;
  5. import java.util.concurrent.Executors;
  6. import java.util.concurrent.Future;
  7. public class TestFutureTask {
  8. public static void main(String[] args)throws InterruptedException,
  9. ExecutionException {
  10. final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(5);
  11. Callable call = new Callable() {
  12. public String call() throws Exception {
  13. Thread.sleep(1000 * 5);
  14. return “Other less important but longtime things.”;
  15. }
  16. };
  17. Future task = exec.submit(call);
  18. // 重要的事情
  19. Thread.sleep(1000 * 3);
  20. System.out.println(“Let’s do important things.”);
  21. // 其他不重要的事情
  22. String obj = task.get();
  23. System.out.println(obj);
  24. // 关闭线程池
  25. exec.shutdown();
  26. }
  27. }

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

考虑以下场景: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的并发库的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。

Java代码  

  1. package concurrent;
  2. import java.util.concurrent.Callable;
  3. import java.util.concurrent.CompletionService;
  4. import java.util.concurrent.ExecutionException;
  5. import java.util.concurrent.ExecutorCompletionService;
  6. import java.util.concurrent.ExecutorService;
  7. import java.util.concurrent.Executors;
  8. import java.util.concurrent.Future;
  9. public class TestCompletionService {
  10. public static void main(String[] args) throws InterruptedException,
  11. ExecutionException {
  12. ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);
  13. CompletionService serv =
  14. new ExecutorCompletionService(exec);
  15. for (int index = 0; index < 5; index++) {
  16. final int NO = index;
  17. Callable downImg = new Callable() {
  18. public String call() throws Exception {
  19. Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
  20. return “Downloaded Image ” + NO;
  21. }
  22. };
  23. serv.submit(downImg);
  24. }
  25. Thread.sleep(1000 * 2);
  26. System.out.println(“Show web content”);
  27. for (int index = 0; index < 5; index++) {
  28. Future task = serv.take();
  29. String img = task.get();
  30. System.out.println(img);
  31. }
  32. System.out.println(“End”);
  33. // 关闭线程池
  34. exec.shutdown();
  35. }
  36. }

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并发库的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。

Java代码  

  1. package concurrent;
  2. import java.util.concurrent.ExecutorService;
  3. import java.util.concurrent.Executors;
  4. import java.util.concurrent.Semaphore;
  5. public class TestSemaphore {
  6. public static void main(String[] args) {
  7. // 线程池
  8. ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
  9. // 只能5个线程同时访问
  10. final Semaphore semp = new Semaphore(5);
  11. // 模拟20个客户端访问
  12. for (int index = 0; index < 20; index++) {
  13. final int NO = index;
  14. Runnable run = new Runnable() {
  15. public void run() {
  16. try {
  17. // 获取许可
  18. semp.acquire();
  19. System.out.println(“Accessing: ” + NO);
  20. Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
  21. // 访问完后,释放
  22. semp.release();
  23. } catch (InterruptedException e) {
  24. }
  25. }
  26. };
  27. exec.execute(run);
  28. }
  29. // 退出线程池
  30. exec.shutdown();
  31. }
  32. }

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

时间: 2024-10-07 15:23:35

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CountDownLatch,api 文档:http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/concurrent/CountDownLatch.html A synchronization aid that allows one or more threads to wait until a set of operations being performed in other threads completes. 假设我们要打印1-100,最

Java学习笔记—多线程(java.util.concurrent并发包概括,转载)

一.描述线程的类:Runable和Thread都属于java.lang包 二.内置锁synchronized属于jvm关键字,内置条件队列操作接口Object.wait()/notify()/notifyAll()属于java.lang包 二.提供内存可见性和防止指令重排的volatile属于jvm关键字 四.而java.util.concurrent包(J.U.C)中包含的是java并发编程中有用的一些工具类,包括几个部分: 1.locks部分:包含在java.util.concurrent.

Java学习笔记—多线程(并发工具类,java.util.concurrent.atomic包)

在JDK的并发包里提供了几个非常有用的并发工具类.CountDownLatch.CyclicBarrier和Semaphore工具类提供了一种并发流程控制的手段,Exchanger工具类则提供了在线程间交换数据的一种手段.本章会配合一些应用场景来介绍如何使用这些工具类. CountDownLatch CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作.假如有这样一个需求:我们需要解析一个Excel里多个sheet的数据,此时可以考虑使用多线程,每个线程解析一个sheet里的数据,

[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 ----------------------------------------------------------------------------- 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

[转载] java多线程学习-java.util.concurrent详解(三)ScheduledThreadPoolExecutor

转载自http://janeky.iteye.com/blog/770441 ---------------------------------------------------------------------------------- 6. ScheduledThreadPoolExecutor     我们先来学习一下JDK1.5 API中关于这个类的详细介绍: "可另行安排在给定的延迟后运行命令,或者定期执行命令.需要多个辅助线程时,或者要求 ThreadPoolExecutor 具

java多线程常见类与方法之java.util.concurrent.locks

1.java.util.concurrent.locks包里面的主要接口Lock,Condition,ReadWriteLock,主要的类为ReentrantLock,ReentrantReadWriteLock,ReentrantReadWriteLock.ReadLock,ReentrantReadWriteLock.WriteLock,LockSupport 2.ReentrantLock里面的主要方法为:lock(),unlock(),tryLock(),lockInterruptibl