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Java 线程池的原理与实现

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这几天主要是狂看源程序,在弥补了一些以前知识空白的同时,也学会了不少新的知识(比如 NIO),或者称为新技术吧。
线程池就是其中之一,一提到线程,我们会想到以前《操作系统》的生产者与消费者,信号量,同步控制等等。
一提到池,我们会想到数据库连接池,但是线程池又如何呢?

建议:在阅读本文前,先理一理同步的知识,特别是syncronized同步关键字的用法。
关于我对同步的认识,要缘于大三年的一本书,书名好像是 Java 实战,这本书写得实在太妙了,真正的从理论到实践,从截图分析到.class字节码分析。哇,我想市场上很难买到这么精致的书了。作为一个Java爱好者,我觉得绝对值得一读。
我对此书印象最深之一的就是:equal()方法,由浅入深,经典!
还有就是同步了,其中提到了我的几个编程误区,以前如何使用同步提高性能等等,通过学习,使我对同步的认识进一步加深。
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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。
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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。
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好了,废话就到这里了,下面就是程序了,我也不讲解了,注释已经很清晰了:

/** 线程池类,工作线程作为其内部类 **/

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;

/**
* 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;
    }

}

 
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如有疑问、批评和指教,请:obullxl@163.com

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

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    在 GEE(Google Earth Engine)中,XEE 包是一个用于处理和分析地理空间数据的工具。以下是对 GEE 中 XEE 包的具体介绍: 主要特性 地理数据处理:提供强大的函数和工具,用于处理遥感影像和其他地理空间数据。 高效计算:利用云计算能力,支持大规模数据集的快速处理。 可视化:内置可视化工具,方便用户查看和分析数据。 集成性:可以与其他 GEE API 和工具无缝集成,支持多种数据源。 适用场景 环境监测:用于监测森林砍伐、城市扩展、水体变化等环境问题。 农业分析:分析作物生长、土地利用变化等农业相关数据。 气候研究:研究气候变化对生态系统和人类活动的影响。

    C++指针与内存管理详解:避免常见错误及最佳实践

    内容概要:本文介绍了C++编程中常见指针错误及其解决方案,并涵盖了模板元编程的基础知识和发展趋势,强调了高效流操作的最新进展——std::spanstream。文章通过一系列典型错误解释了指针的安全使用原则,强调指针初始化、内存管理和引用安全的重要性。随后介绍了模板元编程的核心特性,展示了编译期计算、类型萃取等高级编程技巧的应用场景。最后,阐述了C++23中引入的新特性std::spanstream的优势,对比传统流处理方法展现了更高的效率和灵活性。此外,还给出了针对求职者的C++技术栈学习建议,涵盖了语言基础、数据结构与算法及计算机科学基础领域内的多项学习资源与实战练习。 适合人群:正在学习C++编程的学生、从事C++开发的技术人员以及其他想要深入了解C++语言高级特性的开发者。 使用场景及目标:帮助读者掌握C++中的指针规则,预防潜在陷阱;介绍模板元编程的相关技术和优化方法;使读者理解新引入的标准库组件,提高程序性能;引导C++学习者按照有效的路径规划自己的技术栈发展路线。 阅读建议:对于指针部分的内容,应当结合实际代码样例反复实践,以便加深理解和记忆;在研究模板元编程时,要从简单的例子出发逐步建立复杂模型的理解能力,培养解决抽象问题的能力;而对于C++23带来的变化,则可以通过阅读官方文档并尝试最新标准特性来加深印象;针对求职准备,应结合个人兴趣和技术发展方向制定合理的学习计划,并注重积累高质量的实际项目经验。

    Java读写FM1208CPU卡源码

    JNA、JNI, Java两种不同调用DLL、SO动态库方式读写FM1208 CPU卡示例源码,包括初始化CPU卡、创建文件、修改文件密钥、读写文件数据等操作。支持Windows系统、支持龙芯Mips、LoongArch、海思麒麟鲲鹏飞腾Arm、海光兆芯x86_Amd64等架构平台的国产统信、麒麟等Linux系统编译运行,内有jna-4.5.0.jar包,vx13822155058 qq954486673

    Linux系统入门到精通:从基础命令到服务管理和日志解析

    内容概要:本文全面介绍了Linux系统的各个方面,涵盖入门知识、基础操作、进阶技巧以及高级管理技术。首先概述了Linux的特点及其广泛的应用领域,并讲解了Linux环境的搭建方法(如使用虚拟机安装CentOS),随后深入剖析了一系列常用命令和快捷键,涉及文件系统管理、用户和权限设置、进程和磁盘管理等内容。此外,还讨论了服务管理的相关指令(如nohup、systemctl)以及日志记录和轮替的最佳实践。这不仅为初学者提供了一个完整的知识框架,也为中级和高级用户提供深入理解和优化系统的方法。 适合人群:适用于有意深入了解Linux系统的学生和专业技术人员,特别是需要掌握服务器运维技能的人群。 使用场景及目标:本文适合初次接触Linux的操作员了解基本概念;也适合作为培训教材,指导学生逐步掌握各项技能。对于有一定经验的技术人员而言,则可以帮助他们巩固基础知识,并探索更多的系统维护和优化可能性。 阅读建议:建议按照文章结构循序渐进地学习相关内容,尤其是结合实际练习操作来加深记忆和理解。遇到复杂的问题时可以通过查阅官方文档或在线资源获得更多帮助。

    企业绩效考核制度详解:运维部门绩效管理流程规范及其应用

    内容概要:本文档详细介绍了企业在规范运维部门绩效管理过程中所建立的一套绩效考核制度。首先阐述了绩效考核制度设立的目的为确保绩效目标得以衡量与追踪,并确保员工与公司共同成长与发展。其次规定范围覆盖公司所有在职员工,并详细列明了从总经理到一线员工在内的不同角色的职责范围。再则描述了完整的绩效工作流程,即从年初开始制定绩效管理活动计划,经过与每个员工制定具体的绩效目标,在绩效考核周期之内对员工的工作进展和问题解决状况进行持续的监督跟进,并且在每周期结束前完成员工绩效的评估和反馈工作,同时利用绩效评估结果对员工作出保留或异动的相关决定,最后进行绩效管理活动总结以为来年提供参考。此外还强调了整个过程中必要的相关文档保存,如员工绩效评估表。 适合人群:企业管理层,HR专业人士及对现代企业内部运营管理感兴趣的读者。 使用场景及目标:①管理层需要理解如何规范和有效实施企业内部绩效管理,以提高公司运营效率和员工满意度;②HR人士可以通过参考此文档来优化自己公司的绩效管理体系;③对企业和组织管理有兴趣的研究员亦可借鉴。 阅读建议:读者应重点关注各个层级管理者和员工在整个流程中的角色和责任,以期更好地理解

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    基于MATLAB Simulink的LCL三相并网逆变器仿真模型:采用交流电流内环PR控制与SVPWM-PWM波控制研究,基于MATLAB Simulink的LCL三相并网逆变器仿真模型研究:采用比例谐振控制与交流SVPWM控制策略及参考文献解析,LCL_Three_Phase_inverter:基于MATLAB Simulink的LCL三相并网逆变器仿真模型,交流电流内环才用PR(比例谐振)控制,PWM波采用SVPWM控制,附带对应的参考文献。 仿真条件:MATLAB Simulink R2015b,前如需转成低版本格式请提前告知,谢谢。 ,LCL三相并网逆变器; LCL_Three_Phase_inverter; MATLAB Simulink; PR控制; SVPWM控制; 仿真模型; 参考文献; 仿真条件; R2015b版本,基于PR控制与SVPWM的LCL三相并网逆变器Simulink仿真模型研究

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