[J2SE]JDK5新特性——java.util.concurrent 线程池

导读：
　　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。
　　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。
　　
　　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;
　　public class TestCyclicBarrier {
　　// 徒步需要的时间: Shenzhen, Guangzhou, Shaoguan, Changsha, Wuhan
　　private static int[] timeWalk = { 5, 8, 15, 15, 10 }
　　// 自驾游
　　private static int[] timeSelf = { 1, 3, 4, 4, 5 }
　　// 旅游大巴
　　private static int[] timeBus = { 2, 4, 6, 6, 7 }
　　
　　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[0] * 1000)
　　System.out.println(now() + tourName + " Reached Shenzhen")
　　barrier.await()
　　Thread.sleep(times[1] * 1000)
　　System.out.println(now() + tourName + " Reached Guangzhou")
　　barrier.await()
　　Thread.sleep(times[2] * 1000)
　　System.out.println(now() + tourName + " Reached Shaoguan")
　　barrier.await()
　　Thread.sleep(times[3] * 1000)
　　System.out.println(now() + tourName + " Reached Changsha")
　　barrier.await()
　　Thread.sleep(times[4] * 1000)
　　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
　　
　　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。
　　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 queue = new LinkedBlockingQueue(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()
　　}
　　}
　　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。
　　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[] args) throws 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
　　
　　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。
　　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() {
　　public String call() throws Exception {
　　Thread.sleep(1000 * 5)
　　return "Other less important but longtime things."
　　}
　　}
　　Future 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.
　　
　　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。
　　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[] args) throws InterruptedException,
　　ExecutionException {
　　ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10)
　　CompletionService serv =
　　new ExecutorCompletionService(exec)
　　for (int index = 0 index < 5 index++) {
　　final int NO = index;
　　Callable() {
　　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