構(gòu)建多線程Java應(yīng)用程序

時間：2024-09-27 09:57:19 JAVA認(rèn)證我要投稿

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　　大多數(shù)服務(wù)端應(yīng)用程序都需要同時處理任務(wù)的能力，這樣可以提高工作性能并增加硬件資源的利用。在早期的Java版本(1.4或更早的)中，開發(fā)者需要完成并發(fā)(concurrent)應(yīng)用程序——包括線程池邏輯—他們自己使用的是低層次語言結(jié)構(gòu)和Java Thread API.但是結(jié)果卻總是不理想。Java Thread API的特性會導(dǎo)致不知情的編程者開發(fā)一些難以調(diào)試的編程錯誤的代碼。

　　在Java5.0中，Sun公司采用了Java concurrency功能(JSR-166)來解決這些問題，并且提供了一套標(biāo)準(zhǔn)的APIs來創(chuàng)建并開發(fā)應(yīng)用程序。本文探究了一些Java concurrency package提供的特性并使用這些功能來演示編寫并發(fā)應(yīng)用程序的技術(shù)。

　　Concurrent Programming的挑戰(zhàn)

　　自從它發(fā)布以來，Java就提供了Thread類和低層次語言結(jié)構(gòu)，例如synchronized 和volatile用來開發(fā)獨(dú)立平臺的并發(fā)應(yīng)用程序。但是，用這些特性來構(gòu)建并發(fā)應(yīng)用程序并不是簡單的事情。開發(fā)者要面對以下的挑戰(zhàn)：

　　不正確的編程會導(dǎo)致一些困境，就是兩個或兩個以上的線程都等待永遠(yuǎn)被鎖住的對方。

　　在Java語言中沒有機(jī)制用于寫wait-free， lock-free算法。開發(fā)者必須使用本地代碼。

　　開發(fā)者必須編寫他們復(fù)雜的線程池邏輯，這樣會很棘手并且容易出錯。

　　Java Concurrency Utilities的概述

　　JSR-166(Java concurrency utilities)，是Java5.0的一部分，通過著重在寬度并提供跨域大范圍并發(fā)編程風(fēng)格的重要功能，大大簡化了在Java中并發(fā)應(yīng)用程序的開發(fā)。

　　Java concurrency utilities提供了多種功能，開發(fā)者可以應(yīng)用于更快更有預(yù)見性的并發(fā)應(yīng)用程序的開發(fā)。這些功能讓開發(fā)者從通過寫自定義代碼來重新發(fā)明wheel中解放出來。一些JSR-166的最顯著的特點(diǎn)是：

　　標(biāo)準(zhǔn)的接口和構(gòu)架來定義自定義線程子系統(tǒng)。

　　是一種機(jī)制用于規(guī)范調(diào)用，時序安排，執(zhí)行和異步任務(wù)的控制，這是根據(jù)在Executor構(gòu)架中的一套執(zhí)行政策。

　　是一種機(jī)制通過類用于線程協(xié)調(diào)，例如semaphore， mutexe， barrier， latche和 exchangers.

　　非阻礙FIFO列隊執(zhí)行(ConcurrentLinkedQueue類)用于可升級的，有效的線程安全操作。

　　阻礙列隊執(zhí)行類來涵蓋最常見的使用情況，對于生成者/消費(fèi)者方法，信息，并行任務(wù)和相關(guān)的并發(fā)設(shè)計。

　　是一種構(gòu)架用于鎖定和等待不同于內(nèi)置同步和監(jiān)測器的條件。

　　隨時準(zhǔn)備使用的類用于在單個變量上的鎖定自由，線程安全的編程。

　　開發(fā)一個Concurrent Java Application

　　本節(jié)是演示如何使用Java concurrency utility API來開發(fā)一個多線程的在線訂單程序的電子商務(wù)應(yīng)用程序。在應(yīng)用程序生效并授權(quán)命令之后，把它們放在訂單處理列隊(java.util.concurrent.BlockingQueue)。訂單處理器線程池不斷的對訂單進(jìn)行測驗(yàn)，而且當(dāng)這些訂單可以使用時進(jìn)行處理。

　　解耦應(yīng)用程序的訂單處理代碼提供了增加和減少訂單處理率的靈活性，通過改變線程池的大小。在一個并發(fā)BlockingQueue中放入訂單對象確保一個處理器處理一個訂單，而且它要照顧自動同步。

　　在以下小節(jié)中的代碼段是截取于伴隨本文中的應(yīng)用程序源代碼。

　　擴(kuò)展ThreadPoolExecutor

　　Executor接口只規(guī)定了一個方法并從任務(wù)如何運(yùn)行中解耦任務(wù)提交。ExecutorService子接口規(guī)定了額外的方法用于提交并追蹤異步任務(wù)，以及關(guān)閉線程池。ThreadPoolExecutor類是ExecutorService接口的一個具體的執(zhí)行，應(yīng)該足以用于大多數(shù)訂單處理應(yīng)用程序的需求。

　　ThreadPoolExecutor也提供有用的連接方法(e.g.， beforeExecute)，可以覆蓋定制目的。在Listing 1中的CustomThreadPoolExecutor類擴(kuò)展了ThreadPoolExecutor類并覆蓋了beforeExecute， afterExecute和 terminated 方法。

　　@Override

　　public void afterExecute（Runnable r， Throwable t） {

　　super.afterExecute（r， t）；

　　Logger.log（"After calling afterExecute（） method for a thread "

　　+ r）；

　　}

　　@Override

　　public void terminated（） {

　　super.terminated（）；

　　Logger.log（"Threadpool terminated"）；

　　}

　　該覆蓋方法只需登陸復(fù)寫信息，但是在現(xiàn)實(shí)的情況中，它們能做更有用的事情。例如，terminated方法可以發(fā)送一個在這個池中的所有線程都死鎖的警告。要正確構(gòu)建多重覆蓋，通常你應(yīng)該從在子類中的各個方法中調(diào)用主類的覆蓋方法。

　　Java concurrency API還提供了ScheduledExecutorService接口，可以擴(kuò)展ExecutorServiceInterface，而且在一個特定延遲或是定期的執(zhí)行之后能夠安排任務(wù)進(jìn)行運(yùn)行。ScheduledExecutorThreadPool是這個接口的具體執(zhí)行。確定異步任務(wù)執(zhí)行

　　Executor 執(zhí)行提交異步任務(wù)，這些任務(wù)執(zhí)行實(shí)際的業(yè)務(wù)邏輯。向executor提交一個任務(wù)，ExecutorService接口提供重載的submit方法，可以接受Runnable 或是Callable 對象類型。

　　Runnable任務(wù)類型在以下情況下市非常有用的：

　　任務(wù)完成時不需要返回任何結(jié)果。

　　如果run()方法遇到一個例外，沒有必要拋出一個特定程序檢查例外。

　　移植現(xiàn)有的legacy 類來實(shí)施Runnable接口是必需的。

　　Callable任務(wù)類型提供了更多靈活性并提供了下列的優(yōu)點(diǎn)：

　　任務(wù)可以返回用戶定義對象作為結(jié)果。

　　任務(wù)可以拋出用戶定義的檢查例外。

　　你需要分別為Runnable 和Callable任務(wù)類型執(zhí)行run() 和call()方法。

　　在Listing 2中的OrderProcessorCallable類執(zhí)行Callable接口并指定一個Integer作為結(jié)果對象。Constructor把任務(wù)對象名稱和BlockingQueue當(dāng)做檢索命令來處理。call()方法繼續(xù)為訂單值對象調(diào)查BlockingQueue，并且處理任何所它所發(fā)現(xiàn)的事情。如果沒有訂單處理，call()方法會休息一段時間再繼續(xù)工作。

　　Call方法的無限循環(huán)在這個應(yīng)用程序方案中是非常有用的，因?yàn)橐驗(yàn)闆]有必要一次又一次為每個訂單對象去創(chuàng)建并提交新的任務(wù)到ThreadPoolExecutor中。

　　public Integer call（） throws OrderProcessingException {

　　while （running） {

　　// check if current Thread is interrupted

　　checkInterruptStatus（）；

　　// poll for OrderVO from blocking queue and do

　　// order processing here

　　……

　　}

　　// return result

　　return processedCount；

　　}

　　請注意異步任務(wù)執(zhí)行不斷的為應(yīng)用程序的生命周期運(yùn)行。在大多數(shù)程序中，異步任務(wù)執(zhí)行會進(jìn)行必要的操作并立即返回。

　　處理線程中斷

　　Call方法執(zhí)行使用checkInterruptStatus方法在執(zhí)行線程中斷上進(jìn)行經(jīng)常性檢查。這是必需的因?yàn)闉榱似仁谷蝿?wù)取消，ThreadPoolExecutor會向線程發(fā)送一個interrupt.否則檢查中斷狀態(tài)會導(dǎo)致特定線程再也無法返回。以下的checkInterruptStatus方法檢查運(yùn)行線程的中斷狀態(tài)，如果線程被中斷會拋出OrderProcessingException.

　　private void checkInterruptStatus() throws

　　OrderProcessingException {

　　if (Thread.interrupted()) {

　　throw new OrderProcessingException("Thread was interrupted");

　　}

　　作為任務(wù)的實(shí)施，它是拋出一個異常并在運(yùn)行線程被中斷的時候終止任務(wù)執(zhí)行的一個非常好的練習(xí)。但是，基于訂單處理的應(yīng)用程序需求，在這種情況下忽略線程中斷是非常恰當(dāng)?shù)摹?/p>

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