java多線程總結五：線程池的原理及實現

1、線程池簡介：
    多線程技術主要解決處理器單元內多個線程執行的問題，它可以顯著減少處理器單元的閑置時間，增加處理器單元的吞吐能力。   
    假設一個伺服器完成一項任務所需時間為：T1 建立線程時間，T2 線上程中執行任務的時間，T3 銷毀線程時間。

    如果：T1 + T3 遠大於 T2，則可以採用線程池，以提高伺服器效能。
                一個線程池包括以下四個基本組成部分：
                1、線程池管理器（ThreadPool）：用於建立並管理線程池，包括 建立線程池，銷毀線程池，添加新任務；
                2、背景工作執行緒（PoolWorker）：線程池中線程，在沒有任務時處於等待狀態，可以迴圈的執行任務；
                3、任務介面（Task）：每個任務必須實現的介面，以供背景工作執行緒調度任務的執行，它主要規定了任務的入口，任務執行完後的收尾工作，任務的執行狀態等；
                4、任務隊列（taskQueue）：用於存放沒有處理的任務。提供一種緩衝機制。
               
    線程池技術正是關注如何縮短或調整T1,T3時間的技術，從而提高伺服器程式效能的。它把T1，T3分別安排在伺服器程式的啟動和結束的時間段或者一些閒置時間段，這樣在伺服器程式處理客戶請求時，不會有T1，T3的開銷了。
    線程池不僅調整T1,T3產生的時間段，而且它還顯著減少了建立線程的數目，看一個例子：
    假設一個伺服器一天要處理50000個請求，並且每個請求需要一個單獨的線程完成。線上程池中，線程數一般是固定的，所以產生線程總數不會超過線程池中線程的數目，而如果伺服器不利用線程池來處理這些請求則線程總數為50000。一般線程池大小是遠小於50000。所以利用線程池的伺服器程式不會為了建立50000而在處理請求時浪費時間，從而提高效率。

    代碼實現中並沒有實現任務介面，而是把Runnable對象加入到線程池管理器（ThreadPool），然後剩下的事情就由線程池管理器（ThreadPool）來完成了

 

package mine.util.thread;import java.util.LinkedList;import java.util.List;/** * 線程池類，線程管理器：建立線程，執行任務，銷毀線程，擷取線程基本資料 */public final class ThreadPool {// 線程池中預設線程的個數為5private static int worker_num = 5;// 背景工作執行緒private WorkThread[] workThrads;// 未處理的任務private static volatile int finished_task = 0;// 任務隊列，作為一個緩衝,List線程不安全private List<Runnable> taskQueue = new LinkedList<Runnable>();private static ThreadPool threadPool;// 建立具有預設線程個數的線程池private ThreadPool() {this(5);}// 建立線程池,worker_num為線程池中背景工作執行緒的個數private ThreadPool(int worker_num) {ThreadPool.worker_num = worker_num;workThrads = new WorkThread[worker_num];for (int i = 0; i < worker_num; i++) {workThrads[i] = new WorkThread();workThrads[i].start();// 開啟線程池中的線程}}// 單態模式，獲得一個預設線程個數的線程池public static ThreadPool getThreadPool() {return getThreadPool(ThreadPool.worker_num);}// 單態模式，獲得一個指定線程個數的線程池,worker_num(>0)為線程池中背景工作執行緒的個數// worker_num<=0建立預設的背景工作執行緒個數public static ThreadPool getThreadPool(int worker_num1) {if (worker_num1 <= 0)worker_num1 = ThreadPool.worker_num;if (threadPool == null)threadPool = new ThreadPool(worker_num1);return threadPool;}// 執行任務,其實只是把任務加入任務隊列，什麼時候執行有線程池管理器覺定public void execute(Runnable task) {synchronized (taskQueue) {taskQueue.add(task);taskQueue.notify();}}// 批量執行任務,其實只是把任務加入任務隊列，什麼時候執行有線程池管理器覺定public void execute(Runnable[] task) {synchronized (taskQueue) {for (Runnable t : task)taskQueue.add(t);taskQueue.notify();}}// 批量執行任務,其實只是把任務加入任務隊列，什麼時候執行有線程池管理器覺定public void execute(List<Runnable> task) {synchronized (taskQueue) {for (Runnable t : task)taskQueue.add(t);taskQueue.notify();}}// 銷毀線程池,該方法保證在所有任務都完成的情況下才銷毀所有線程，否則等待任務完成才銷毀public void destroy() {while (!taskQueue.isEmpty()) {// 如果還有任務沒執行完成，就先睡會吧try {Thread.sleep(10);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}// 背景工作執行緒停止工作，且置為nullfor (int i = 0; i < worker_num; i++) {workThrads[i].stopWorker();workThrads[i] = null;}threadPool=null;taskQueue.clear();// 清空任務隊列}// 返回背景工作執行緒的個數public int getWorkThreadNumber() {return worker_num;}// 返回已完成任務的個數,這裡的已完成是只出了任務隊列的任務個數，可能該任務並沒有實際執行完成public int getFinishedTasknumber() {return finished_task;}// 返回任務隊列的長度，即還沒處理的任務個數public int getWaitTasknumber() {return taskQueue.size();}// 覆蓋toString方法，返回線程池資訊：背景工作執行緒個數和已完成任務個數@Overridepublic String toString() {return "WorkThread number:" + worker_num + "  finished task number:"+ finished_task + "  wait task number:" + getWaitTasknumber();}/** * 內部類，背景工作執行緒 */private class WorkThread extends Thread {// 該背景工作執行緒是否有效，用於結束該背景工作執行緒private boolean isRunning = true;/* * 關鍵所在啊，如果任務隊列不空，則取出任務執行，若任務隊列空，則等待 */@Overridepublic void run() {Runnable r = null;while (isRunning) {// 注意，若線程無效則自然結束run方法，該線程就沒用了synchronized (taskQueue) {while (isRunning && taskQueue.isEmpty()) {// 隊列為空白try {taskQueue.wait(20);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}if (!taskQueue.isEmpty())r = taskQueue.remove(0);// 取出任務}if (r != null) {r.run();// 執行任務}finished_task++;r = null;}}// 停止工作，讓該線程自然執行完run方法，自然結束public void stopWorker() {isRunning = false;}}}

 

測試代碼：

package mine.util.thread;//測試線程池public class TestThreadPool {public static void main(String[] args) {// 建立3個線程的線程池ThreadPool t = ThreadPool.getThreadPool(3);t.execute(new Runnable[] { new Task(), new Task(), new Task() });t.execute(new Runnable[] { new Task(), new Task(), new Task() });System.out.println(t);t.destroy();// 所有線程都執行完成才destorySystem.out.println(t);}// 任務類static class Task implements Runnable {private static volatile int i = 1;@Overridepublic void run() {// 執行任務System.out.println("任務 " + (i++) + " 完成");}}}

 

運行結果：

WorkThread number:3  finished task number:0  wait task number:6
任務 1 完成
任務 2 完成
任務 3 完成
任務 4 完成
任務 5 完成
任務 6 完成
WorkThread number:3  finished task number:6  wait task number:0

分析：由於並沒有任務介面，傳入的可以是自訂的任何任務，所以線程池並不能準確的判斷該任務是否真正的已經完成（真正完成該任務是這個任務的run方法執行完畢），只能知道該任務已經出了任務隊列，正在執行或者已經完成。

2、java類庫中提供的線程池簡介：

     java提供的線程池更加強大，相信理解線程池的工作原理，看類庫中的線程池就不會感到陌生了。

其他具體內容查看jdk協助或看jdk原始碼吧。。。

參考文章：http://hi.baidu.com/obullxl/blog/item/ee50ad1ba8e8ff1f8718bf66.html