Java 線程池的原理與實現轉
最近在學習線程池、內存控制等關於提升程序運行性能方面的編程技術，在網上看到有一哥們寫得不錯，故和你們一塊兒分享。
[分享]Java 線程池的原理與實現
這幾天主要是狂看源程序，在彌補了一些之前知識空白的同時，也學會了很多新的知識（好比 NIO），或者稱爲新技術吧。
線程池就是其中之一，一提到線程，咱們會想到之前《操做系統》的生產者與消費者，信號量，同步控制等等。
一提到池，咱們會想到數據庫鏈接池，可是線程池又如何呢？
建議：在閱讀本文前，先理一理同步的知識，特別是syncronized同步關鍵字的用法。
關於我對同步的認識，要緣於大三年的一本書，書名好像是 Java 實戰，這本書寫得實在太妙了，真正的從理論到實踐，從截圖分析到.class字節碼分析。哇，我想市場上很難買到這麼精緻的書了。做爲一個Java愛好者，我以爲絕對值得一讀。
我對此書印象最深之一的就是：equal()方法，由淺入深，經典！
還有就是同步了，其中提到了個人幾個編程誤區，之前如何使用同步提升性能等等，經過學習，使我對同步的認識進一步加深。
簡單介紹
建立線程有兩種方式：繼承Thread或實現Runnable。Thread實現了Runnable接口，提供了一個空的run()方法，因此不管是繼承Thread仍是實現Runnable，都要有本身的run()方法。
一個線程建立後就存在，調用start()方法就開始運行（執行run()方法），調用wait進入等待或調用sleep進入休眠期，順利運行完畢或休眠被中斷或運行過程當中出現異常而退出。
wait和sleep比較：
sleep方法有：sleep(long millis)，sleep(long millis, long nanos)，調用sleep方法後，當前線程進入休眠期，暫停執行，但該線程繼續擁有監視資源的全部權。到達休眠時間後線程將繼續執行，直到完成。若在休眠期另外一線程中斷該線程，則該線程退出。
wait方法有：wait()，wait(long timeout)，wait(long timeout, long nanos)，調用wait方法後，該線程放棄監視資源的全部權進入等待狀態；
wait()：等待有其它的線程調用notify()或notifyAll()進入調度狀態，與其它線程共同爭奪監視。wait()至關於wait(0)，wait(0, 0)。
wait(long timeout)：當其它線程調用notify()或notifyAll()，或時間到達timeout亳秒，或有其它某線程中斷該線程，則該線程進入調度狀態。
wait(long timeout, long nanos)：至關於wait(1000000*timeout + nanos)，只不過期間單位爲納秒。
線程池：
多線程技術主要解決處理器單元內多個線程執行的問題，它能夠顯著減小處理器單元的閒置時間，增長處理器單元的吞吐能力。
假設一個服務器完成一項任務所需時間爲：T1 建立線程時間，T2 在線程中執行任務的時間，T3 銷燬線程時間。
若是：T1 + T3 遠大於 T2，則能夠採用線程池，以提升服務器性能。
一個線程池包括如下四個基本組成部分：
一、線程池管理器（ThreadPool）：用於建立並管理線程池，包括 建立線程池，銷燬線程池，添加新任務；
二、工做線程（PoolWorker）：線程池中線程，在沒有任務時處於等待狀態，能夠循環的執行任務；
三、任務接口（Task）：每一個任務必須實現的接口，以供工做線程調度任務的執行，它主要規定了任務的入口，任務執行完後的收尾工做，任務的執行狀態等；
四、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，從而提升服務器程序性能的。它把T1，T3分別安排在服務器程序的啓動和結束的時間段或者一些空閒的時間段，這樣在服務器程序處理客戶請求時，不會有T1，T3的開銷了。
線程池不只調整T1,T3產生的時間段，並且它還顯著減小了建立線程的數目，看一個例子：
假設一個服務器一天要處理50000個請求，而且每一個請求須要一個單獨的線程完成。在線程池中，線程數通常是固定的，因此產生線程總數不會超過線程池中線程的數目，而若是服務器不利用線程池來處理這些請求則線程總數爲50000。通常線程池大小是遠小於50000。因此利用線程池的服務器程序不會爲了建立50000而在處理請求時浪費時間，從而提升效率。
/** 線程池類，工做線程做爲其內部類 **/
package org.ymcn.util;
import java.util.Collections;
import java.util.Date;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import org.apache.log4j.Logger;
/**
* 線程池
* 建立線程池，銷燬線程池，添加新任務
*
* @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();
/* 單例 */
private static ThreadPool instance = ThreadPool.getInstance();
public static final int SYSTEM_BUSY_TASK_COUNT = 150;
/* 默認池中線程數 */
public static int worker_num = 5;
/* 已經處理的任務數 */
private static int taskCounter = 0;
public static boolean systemIsBusy = false;
private static List<Task> taskQueue = Collections
.synchronizedList(new LinkedList<Task>());
/* 池中的全部線程 */
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;
}
/**
* 增長新的任務
* 每增長一個新任務，都要喚醒任務隊列
* @param newTask
*/
public void addTask(Task newTask) {
synchronized (taskQueue) {
newTask.setTaskId(++taskCounter);
newTask.setSubmitTime(new Date());
taskQueue.add(newTask);
/* 喚醒隊列, 開始執行 */
taskQueue.notifyAll();
}
logger.info("Submit Task<" + newTask.getTaskId() + ">: "
+ newTask.info());
}
/**
* 批量增長新任務
* @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]);
}
/* 喚醒隊列, 開始執行 */
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());
}
}
/**
* 線程池信息
* @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();
}
/**
* 銷燬線程池
*/
public synchronized void destroy() {
for (int i = 0; i < worker_num; i++) {
workers[i].stopWorker();
workers[i] = null;
}
taskQueue.clear();
}
/**
* 池中工做線程
*
* @author obullxl
*/
private class PoolWorker extends Thread {
private int index = -1;
/* 該工做線程是否有效 */
private boolean isRunning = true;
/* 該工做線程是否能夠執行新任務 */
private boolean isWaiting = true;
public PoolWorker(int index) {
this.index = index;
start();
}
public void stopWorker() {
this.isRunning = false;
}
public boolean isWaiting() {
return this.isWaiting;
}
/**
* 循環執行任務
* 這也許是線程池的關鍵所在
*/
public void run() {
while (isRunning) {
Task r = null;
synchronized (taskQueue) {
while (taskQueue.isEmpty()) {
try {
/* 任務隊列爲空，則等待有新任務加入從而被喚醒 */
taskQueue.wait(20);
} catch (InterruptedException ie) {
logger.error(ie);
}
}
/* 取出任務執行 */
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()));
}
/* 該任務是否須要當即執行 */
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;
}
}
}
}
}
/** 任務接口類 **/
package org.ymcn.util;
import java.util.Date;
/**
* 全部任務接口
* 其餘任務必須繼承訪類
*
* @author obullxl
*/
public abstract class Task implements Runnable {
// private static Logger logger = Logger.getLogger(Task.class);
/* 產生時間 */
private Date generateTime = null;
/* 提交執行時間 */
private Date submitTime = null;
/* 開始執行時間 */
private Date beginExceuteTime = null;
/* 執行完成時間 */
private Date finishTime = null;
private long taskId;
public Task() {
this.generateTime = new Date();
}
/**
* 任務執行入口
*/
public void run() {
/**
* 相關執行代碼
*
* beginTransaction();
*
* 執行過程當中可能產生新的任務 subtask = taskCore();
*
* commitTransaction();
*
* 增長新產生的任務 ThreadPool.getInstance().batchAddTask(taskCore());
*/
}
/**
* 全部任務的核心 因此特別的業務邏輯執行之處
*
* @throws Exception
*/
public abstract Task[] taskCore() throws Exception;
/**
* 是否用到數據庫
*
* @return
*/
protected abstract boolean useDb();
/**
* 是否須要當即執行
*
* @return
*/
protected abstract boolean needExecuteImmediate();
/**
* 任務信息
*
* @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;
}
}
轉自：http://hi.baidu.com/obullxl/blog/item/ee50ad1ba8e8ff1f8718bf66.html html
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