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线程池;java实现线程池原理

时间:2014-05-09 13:51:25      阅读:536      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:des   style   blog   class   java   tar   

线程池是一种多线程处理形式,处理过程中将任务添加到队列,然后在创建线程后自动启动这些任务。线程池线程都是后台线程。每个线程都使用默认的堆栈大小,以默认的优先级运行,并处于多线程单元中。如果某个线程在托管代码中空闲(如正在等待某个事件),则线程池将插入另一个辅助线程来使所有处理器保持繁忙。如果所有线程池线程都始终保持繁忙,但队列中包含挂起的工作,则线程池将在一段时间后创建另一个辅助线程但线程的数目永远不会超过最大值。超过最大值的线程可以排队,但他们要等到其他线程完成后才启动。

组成部分

1、线程池管理器(ThreadPoolManager):用于创建并管理线程池
2、工作线程(WorkThread): 线程池中线程
3、任务接口(Task):每个任务必须实现的接口,以供工作线程调度任务的执行。
4、任务队列:用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。

技术背景编辑

在面向对象编程中,创建和销毁对象是很费时间的,因为创建一个对象要获取内存资源或者其它更多资源。在Java中更是如此,虚拟机将试图跟踪每一个对象,以便能够在对象销毁后进行垃圾回收。所以提高服务程序效率的一个手段就是尽可能减少创建和销毁对象的次数,特别是一些很耗资源的对象创建和销毁。如何利用已有对象来服务就是一个需要解决的关键问题,其实这就是一些"池化资源"技术产生的原因。比如大家所熟悉的数据库连接池正是遵循这一思想而产生的,本文将介绍的线程池技术同样符合这一思想。
目前,一些著名的大公司都特别看好这项技术,并早已经在他们的产品中应用该技术。比如IBM的WebSphere,IONA的Orbix 2000在SUN的 Jini中,Microsoft的MTS(Microsoft Transaction Server 2.0),COM+等。

4功能编辑

应用程序可以有多个线程,这些线程在休眠状态中需要耗费大量时间来等待事件发生。其他线程可能进入睡眠状态,并且仅定期被唤醒以轮循更改或更新状态信息,然后再次进入休眠状态。为了简化对这些线程的管理,.NET框架为每个进程提供了一个线程池,一个线程池有若干个等待操作状态,当一个等待操作完成时,线程池中的辅助线程会执行回调函数。线程池中的线程由系统管理,程序员不需要费力于线程管理,可以集中精力处理应用程序任务。

应用范围编辑

1、需要大量的线程来完成任务,且完成任务的时间比较短。 WEB服务器完成网页请求这样的任务,使用线程池技术是非常合适的。因为单个任务小,而任务数量巨大,你可以想象一个热门网站的点击次数。 但对于长时间的任务,比如一个Telnet连接请求,线程池的优点就不明显了。因为Telnet会话时间比线程的创建时间大多了。
2、对性能要求苛刻的应用,比如要求服务器迅速响应客户请求。
3、接受突发性的大量请求,但不至于使服务器因此产生大量线程的应用。突发性大量客户请求,在没有线程池情况下,将产生大量线程,虽然理论上大部分操作系统线程数目最大值不是问题,短时间内产生大量线程可能使内存到达极限,并出现"OutOfMemory"的错误。

Java线程池原理及实现
简单介绍

    创建线程有两种方式:继承Thread或实现Runnable。Thread实现了Runnable接口,提供了一个空的run()方法,所以不论是继承Thread还是实现Runnable,都要有自己的run()方法。
    一个线程创建后就存在,调用start()方法就开始运行(执行run()方法),调用wait进入等待或调用sleep进入休眠期,顺利运行完毕或休眠被中断或运行过程中出现异常而退出。

wait和sleep比较:
      sleep方法有:sleep(long millis),sleep(long millis, long nanos),调用sleep方法后,当前线程进入休眠期,暂停执行,但该线程继续拥有监视资源的所有权。到达休眠时间后线程将继续执行,直到完成。若在休眠期另一线程中断该线程,则该线程退出
      wait方法有:wait(),wait(long timeout),wait(long timeout, long nanos),调用wait方法后,该线程放弃监视资源的所有权进入等待状态
      wait():等待有其它的线程调用notify()或notifyAll()进入调度状态,与其它线程共同争夺监视。wait()相当于wait(0),wait(0, 0)。
      wait(long timeout):当其它线程调用notify()或notifyAll(),或时间到达timeout亳秒,或有其它某线程中断该线程,则该线程进入调度状态
      wait(long timeout, long nanos):相当于wait(1000000*timeout + nanos),只不过时间单位为纳秒。

线程池:
    多线程技术主要解决处理器单元内多个线程执行的问题,它可以显著减少处理器单元的闲置时间,增加处理器单元的吞吐能力。
    
    假设一个服务器完成一项任务所需时间为:T1 创建线程时间,T2 在线程中执行任务的时间,T3 销毁线程时间。
    
    如果:T1 + T3 远大于 T2,则可以采用线程池,以提高服务器性能。
                一个线程池包括以下四个基本组成部分:
                1、线程池管理器(ThreadPool):用于创建并管理线程池,包括 创建线程池,销毁线程池,添加新任务;
                2、工作线程(PoolWorker):线程池中线程,在没有任务时处于等待状态,可以循环的执行任务;
                3、任务接口(Task):每个任务必须实现的接口,以供工作线程调度任务的执行,它主要规定了任务的入口,任务执行完后的收尾工作,任务的执行状态等;
                4、任务队列(taskQueue):用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。
                
   线程池技术正是关注如何缩短或调整T1,T3时间的技术,从而提高服务器程序性能的。它把T1,T3分别安排在服务器程序的启动和结束的时间段或者一些空闲的时间段,这样在服务器程序处理客户请求时,不会有T1,T3的开销了

    线程池不仅调整T1,T3产生的时间段,而且它还显著减少了创建线程的数目,看一个例子:

    假设一个服务器一天要处理50000个请求,并且每个请求需要一个单独的线程完成。在线程池中,线程数一般是固定的,所以产生线程总数不会超过线程池中线程的数目,而如果服务器不利用线程池来处理这些请求则线程总数为50000。一般线程池大小是远小于50000。所以利用线程池的服务器程序不会为了创建50000而在处理请求时浪费时间,从而提高效率。


/** 线程池类,工作线程作为其内部类 **/

import java.util.Collections;
import java.util.Date;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

import org.apache.log4j.Logger;

/**
* 线程池
* 创建线程池,销毁线程池,添加新任务

* @author obullxl
*/
public final class ThreadPool {
    private static Logger logger = Logger.getLogger(ThreadPool.class);
    private static Logger taskLogger = Logger.getLogger("TaskLogger");

    private static boolean debug = taskLogger.isDebugEnabled();
    // private static boolean debug = taskLogger.isInfoEnabled();
    /* 单例 */
    private static ThreadPool instance = ThreadPool.getInstance();

    public static final int SYSTEM_BUSY_TASK_COUNT = 150;
    /* 默认池中线程数 */
    public static int worker_num = 5;
    /* 已经处理的任务数 */
    private static int taskCounter = 0;

    public static boolean systemIsBusy = false;

    private static List<Task> taskQueue = Collections
            .synchronizedList(new LinkedList<Task>());
    /* 池中的所有线程 */
    public PoolWorker[] workers;

    private ThreadPool() {
        workers = new PoolWorker[5];
        for (int i = 0; i < workers.length; i++) {
            workers[i] = new PoolWorker(i);
        }
    }

    private ThreadPool(int pool_worker_num) {
        worker_num = pool_worker_num;
        workers = new PoolWorker[worker_num];
        for (int i = 0; i < workers.length; i++) {
            workers[i] = new PoolWorker(i);
        }
    }

    public static synchronized ThreadPool getInstance() {
        if (instance == null)
            return new ThreadPool();
        return instance;
    }
    /**
    * 增加新的任务
    * 每增加一个新任务,都要唤醒任务队列
    * @param newTask
    */
    public void addTask(Task newTask) {
        synchronized (taskQueue) {
            newTask.setTaskId(++taskCounter);
            newTask.setSubmitTime(new Date());
            taskQueue.add(newTask);
            /* 唤醒队列, 开始执行 */
            taskQueue.notifyAll();
        }
        logger.info("Submit Task<" + newTask.getTaskId() + ">: "
                + newTask.info());
    }
    /**
    * 批量增加新任务
    * @param taskes
    */
    public void batchAddTask(Task[] taskes) {
        if (taskes == null || taskes.length == 0) {
            return;
        }
        synchronized (taskQueue) {
            for (int i = 0; i < taskes.length; i++) {
                if (taskes[i] == null) {
                    continue;
                }
                taskes[i].setTaskId(++taskCounter);
                taskes[i].setSubmitTime(new Date());
                taskQueue.add(taskes[i]);
            }
            /* 唤醒队列, 开始执行 */
            taskQueue.notifyAll();
        }
        for (int i = 0; i < taskes.length; i++) {
            if (taskes[i] == null) {
                continue;
            }
            logger.info("Submit Task<" + taskes[i].getTaskId() + ">: "
                    + taskes[i].info());
        }
    }
    /**
    * 线程池信息
    * @return
    */
    public String getInfo() {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        sb.append("\nTask Queue Size:" + taskQueue.size());
        for (int i = 0; i < workers.length; i++) {
            sb.append("\nWorker " + i + " is "
                    + ((workers[i].isWaiting()) ? "Waiting." : "Running."));
        }
        return sb.toString();
    }
    /**
    * 销毁线程池
    */
    public synchronized void destroy() {
        for (int i = 0; i < worker_num; i++) {
            workers[i].stopWorker();
            workers[i] = null;
        }
        taskQueue.clear();
    }

    /**
    * 池中工作线程
    * 
    * @author obullxl
    */
    private class PoolWorker extends Thread {
        private int index = -1;
        /* 该工作线程是否有效 */
        private boolean isRunning = true;
        /* 该工作线程是否可以执行新任务 */
        private boolean isWaiting = true;

        public PoolWorker(int index) {
            this.index = index;
            start();
        }

        public void stopWorker() {
            this.isRunning = false;
        }

        public boolean isWaiting() {
            return this.isWaiting;
        }
        /**
        * 循环执行任务
        * 这也许是线程池的关键所在
        */
        public void run() {
            while (isRunning) {
                Task r = null;
                synchronized (taskQueue) {
                    while (taskQueue.isEmpty()) {
                        try {
                            /* 任务队列为空,则等待有新任务加入从而被唤醒 */
                            taskQueue.wait(20);
                        } catch (InterruptedException ie) {
                            logger.error(ie);
                        }
                    }
                    /* 取出任务执行 */
                    r = (Task) taskQueue.remove(0);
                }
                if (r != null) {
                    isWaiting = false;
                    try {
                        if (debug) {
                            r.setBeginExceuteTime(new Date());
                            taskLogger.debug("Worker<" + index
                                    + "> start execute Task<" + r.getTaskId() + ">");
                            if (r.getBeginExceuteTime().getTime()
                                    - r.getSubmitTime().getTime() > 1000)
                                taskLogger.debug("longer waiting time. "
                                        + r.info() + ",<" + index + ">,time:"
                                        + (r.getFinishTime().getTime() - r
                                                .getBeginExceuteTime().getTime()));
                        }
                        /* 该任务是否需要立即执行 */
                        if (r.needExecuteImmediate()) {
                            new Thread(r).start();
                        } else {
                            r.run();
                        }
                        if (debug) {
                            r.setFinishTime(new Date());
                            taskLogger.debug("Worker<" + index
                                    + "> finish task<" + r.getTaskId() + ">");
                            if (r.getFinishTime().getTime()
                                    - r.getBeginExceuteTime().getTime() > 1000)
                                taskLogger.debug("longer execution time. "
                                        + r.info() + ",<" + index + ">,time:"
                                        + (r.getFinishTime().getTime() - r
                                                .getBeginExceuteTime().getTime()));
                        }
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                        logger.error(e);
                    }
                    isWaiting = true;
                    r = null;
                }
            }
        }
    }
}

/** 任务接口类 **/

package org.ymcn.util;

import java.util.Date;

/**
* 所有任务接口
* 其他任务必须继承访类

* @author obullxl
*/
public abstract class Task implements Runnable {
    // private static Logger logger = Logger.getLogger(Task.class);
    /* 产生时间 */
    private Date generateTime = null;
    /* 提交执行时间 */
    private Date submitTime = null;
    /* 开始执行时间 */
    private Date beginExceuteTime = null;
    /* 执行完成时间 */
    private Date finishTime = null;

    private long taskId;

    public Task() {
        this.generateTime = new Date();
    }

    /**
    * 任务执行入口
    */
    public void run() {
        /**
        * 相关执行代码
        * 
        * beginTransaction();
        * 
        * 执行过程中可能产生新的任务 subtask = taskCore();
        * 
        * commitTransaction();
        * 
        * 增加新产生的任务 ThreadPool.getInstance().batchAddTask(taskCore());
        */
    }

    /**
    * 所有任务的核心 所以特别的业务逻辑执行之处
    * 
    * @throws Exception
    */
    public abstract Task[] taskCore() throws Exception;

    /**
    * 是否用到数据库
    * 
    * @return
    */
    protected abstract boolean useDb();

    /**
    * 是否需要立即执行
    * 
    * @return
    */
    protected abstract boolean needExecuteImmediate();

    /**
    * 任务信息
    * 
    * @return String
    */
    public abstract String info();

    public Date getGenerateTime() {
        return generateTime;
    }

    public Date getBeginExceuteTime() {
        return beginExceuteTime;
    }

    public void setBeginExceuteTime(Date beginExceuteTime) {
        this.beginExceuteTime = beginExceuteTime;
    }

    public Date getFinishTime() {
        return finishTime;
    }

    public void setFinishTime(Date finishTime) {
        this.finishTime = finishTime;
    }

    public Date getSubmitTime() {
        return submitTime;
    }

    public void setSubmitTime(Date submitTime) {
        this.submitTime = submitTime;
    }

    public long getTaskId() {
        return taskId;
    }

    public void setTaskId(long taskId) {
        this.taskId = taskId;
    }

}



转自:http://hi.baidu.com/obullxl/blog/item/ee50ad1ba8e8ff1f8718bf66.html 

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线程池;java实现线程池原理

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原文地址:http://blog.csdn.net/needkane/article/details/25372665

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