自己实现JAVA线程池

JAVA线程池例子

一、用途及用法

        网络请求通常有两种形式：第一种，请求不是很频繁，而且每次连接后会保持相当一段时间来读数据或者写数据，最后断开，如文件下载，网络流媒体等。另一种形式是请求频繁，但是连接上以后读/写很少量的数据就断开连接。考虑到服务的并发问题，如果每个请求来到以后服务都为它启动一个线程，那么这对服务的资源可能会造成很大的浪费，特别是第二种情况。因为通常情况下，创建线程是需要一定的耗时的，设这个时间为T1，而连接后读/写服务的时间为T2，当T1>>T2时，我们就应当考虑一种策略或者机制来控制，使得服务对于第二种请求方式也能在较低的功耗下完成。

        通常，我们可以用线程池来解决这个问题，首先，在服务启动的时候，我们可以启动好几个线程，并用一个容器(如线程池)来管理这些线程。当请求到来时，可以从池中去一个线程出来，执行任务(通常是对请求的响应)，当任务结束后，再将这个线程放入池中备用；如果请求到来而池中没有空闲的线程，该请求需要排队等候。最后，当服务关闭时销毁该池即可。

二、线程池结构

      线程池中通常由这样几个概念(接口)组成：

线程池(Thread pool )，池是一个容器，容器中有很多个执行器，每一个执行器是一个线程。当然，这个容器的实现，可以是链表，可以是数组等等，不需要关心，需要关心的是，池必须提供一个可以从中取出执行器 的方法，可能还需要一个池中现有活动线程数方法，销毁池的方法等。

执行器(Executor )，每个执行器是一个线程，每个执行器可以执行一个任务 ，任务是做什么，此时还不很明确，它需要提供任务的setter/getter方法，并且作为一个线程，他可以独立运行，执行器执行完自身后，需要将自身放入池中。

任务(Task )，任务是每个线程具体要做的事，如资源下载，播放flash片段，打印一段文字到控制台等等，它本身不能执行，而需要将自身交给执行器。
        整个池的机制和结构就是这样，当然，需要一个调度者(scheduler)来协调主线程和池的关系。结构，或者接口的目的是为了让我们从细节中解脱出来，从一个比较抽象的层次来描述系统，这样的好处是简单，而且设计出来的框架比较通用，可以适应很多相近相似的情况。由于Task具体干什么我们不知道，所以它几乎可以干任何适应于上边总结的网络连接的第二种情况(T1>>T2)。

 类的结构图

        虽然为一个简单的实现设计一个标准的UML视图是不太现实的，但是这是一种受鼓励的做法，至少应该用铅笔在草纸上画出相关的视图，这样可以帮助以后的维护和更高级的扩展。

三、线程池的简单实现

      实现可以是通过多种语言的，我们在此选择面向对象的JAVA，而如果你使用C的话，也没有问题，问题在上一小节已经描述清楚，语言是不重要的。
      池是一个容器，我们考虑使用java.util.LinkedList类(可能由于它的长度是可变的，而且不需要我们使用者来考虑)，也就是说，池需要维护一个链表。
 public interface Pool { //池接口
Executor getExecutor();
void destroy();
}
/**
*执行器接口
*/
public interface Executor {
void setTask(Task task);
Task getTask();
void startTask();
}
    鉴于执行器是池中的对象，而且外部没有必要知道其细节，我们考虑将Executor接口的实现做为Pool接口的实现的内部类。这样做的另一个好处是，更便于池的管理。

public   class  ThreadPool  implements  Pool{

private   boolean  isShut;
private  LinkedList pool;
private   int  size;

//     private   static  Properties prop = PropReader.getProperties( "webconfig.properties" );
//     private   int  size = Integer.parseInt(prop.getProperty( "threadsperpage" ,  "3" ));

public  ThreadPool(int size){
// read configuration and set the
// content of pool by objects of Executor
this.size = size;
isShut =  false ; //set the status of pool to active
pool =  new  LinkedList();
for ( int  i =  0 ; i < size; i++){
Executor executor =  new  ExecutorImpl(); //new a executor thread
pool.add(executor); //add it to pool
((ExecutorImpl)executor).start(); //start it
}
}

public   void  destroy() { //Destroy
synchronized (pool){
isShut =  true ; //set the status of pool to inactive
pool.notifyAll(); //notify all listener.
pool.clear(); //clear the list of threads
}
}

public  Executor getExecutor(){
Executor ret =  null ;
synchronized (pool){ //return if any.
if (pool.size() >  0 ){
ret = (Executor)pool.removeFirst();
} else {
try  {
pool.wait();
}  catch  (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
ret = (Executor)pool.removeFirst();
}
}
return  ret;
}

/**
*Executor接口的实现
*作为ThreadPool的内部类
*/
private   class  ExecutorImpl  extends  Thread  implements  Executor{

private  Task task;
private  Object lock =  new  Object();
//private boolean loop = true;
public  ExecutorImpl(){}
public  Task getTask() {
return   this .task;
}

public   void  setTask(Task task) {
this .task = task;
}
public   void  startTask(){
//System.out.println("start here");
synchronized (lock){
lock.notify();
}
}
public   void  run(){
//get a task if any
//then run it
//then put self to pool
while (!isShut){
synchronized (lock){
try  {
lock.wait(); //wait for resource
}  catch  (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
getTask().execute(); //execute the task
synchronized (pool){ //put it self to the pool when finish the task
pool.addFirst(ExecutorImpl. this );
pool.notifyAll();
}
}
}

}

}

好了，池设计好了，再来看看任务(Task)的接口和实现

/**
*这个接口也比较简单，可以执行，可以取到执行结果
*Task的实现可以是多种多样的
*/
public   interface  Task {
void  execute();
byte [] getResult();
}

Task的实现可以是多种多样的，下边的例子是一个加载资源的Task.使用方式

Pool pool =  new  ThreadPool(); // new a ThreadPool
//load resources on each page, and start #s of thread.
for ( int  i =  0 ; i < resourceList.size();i++){
Executor executor = pool.getExecutor();  // get Executor form pool
Task resourceLoader =  new  ResourceLoader((String)resourceList.get(i));
executor.setTask(resourceLoader);  // set the task to executor
executor.startTask();  // try to start the executor.
}

//wait while all task are done, the destroy the pool.
pool.destroy();

ResourceLoader类需要自定义并实现Task接口。

源代码下载：https://github.com/ljheee/MyThreadPool

四、 优势，或者适用范围

在并发时，需要被并发的线程不需要知道自己什么时候需要被启动，它子需要考虑这样一种情况：它自己从一个地方取出来一个执行器，然后把任务交给执行器，然后等待执行器结束即可，他关心的是自己所需要干的事，或者自己负责的事。这样，大家都简单，因为只需要做好自己的事情就好了。面向对象的一个秘诀为：永远相信合作者，使用别人的接口而不是自己去实现所有的接口。

这种T1>>T2的请求方式在网络中固然是常见的，在实际问题中同样是常见的。因此，掌握这种模式可能会对我们以后的程序设计提供方便和好处。

·小结

        同步问题： 同步在线程的并发中意义非常之大，对临界资源的控制是并发时最关键的地方。如在线程池中，当池中没有空闲的线程时，新来的请求就必须等待，而一旦一个Task运行结束后，一方面将自己放入池中，一方面需要通知等待在pool中的其他线程。每一个执行器线程，一开始启动，则进入等待状态，此时不会消耗CPU资源。而当在外部调用执行器的startTask()方法，即可通知线程从等待状态中醒来，去出Task，执行之，将执行器本身放入池中，然后继续等待。
        当然，实现的策略是可以多种多样的，但是问题的本质已经在第二小节结构 很明确的被定义了。