Java多线程设计模式之线程池模式

线程池实例1：

前序：

Thread-Per-Message Pattern,是一种对于每个命令或请求，都分配一个线程，由这个线程执行工作。它将“委托消息的一端”和“执行消息的一端”用两个不同的线程来实现。该线程模式主要包括三个部分：

1，Request参与者(委托人)，也就是消息发送端或者命令请求端

2，Host参与者，接受消息的请求，负责为每个消息分配一个工作线程。

3，Worker参与者，具体执行Request参与者的任务的线程，由Host参与者来启动。

由于常规调用一个方法后，必须等待该方法完全执行完毕后才能继续执行下一步操作，而利用线程后，就不必等待具体任务执行完毕，就可以马上返回继续执行下一步操作。

背景：

由于在Thread-Per-Message Pattern中对于每一个请求都会生成启动一个线程，而线程的启动是很花费时间的工作，所以鉴于此，提出了Worker Thread，重复利用已经启动的线程。

线程池：

Worker Thread，也称为工人线程或背景线程，不过一般都称为线程池。该模式主要在于，事先启动一定数目的工作线程。当没有请求工作的时候，所有的工人线程都会等待新的请求过来，一旦有工作到达，就马上从线程池中唤醒某个线程来执行任务，执行完毕后继续在线程池中等待任务池的工作请求的到达。

任务池：主要是存储接受请求的集合，利用它可以缓冲接受到的请求，可以设置大小来表示同时能够接受最大请求数目。这个任务池主要是供线程池来访问。

线程池：这个是工作线程所在的集合，可以通过设置它的大小来提供并发处理的工作量。对于线程池的大小，可以事先生成一定数目的线程，根据实际情况来动态增加或者减少线程数目。线程池的大小不是越大越好，线程的切换也会耗时的。

存放池的数据结构，可以用数组也可以利用集合，在集合类中一般使用Vector，这个是线程安全的。

Worker Thread的所有参与者：

1，Client参与者，发送Request的参与者

2，Channel参与者，负责缓存Request的请求，初始化启动线程，分配工作线程

3，Worker参与者，具体执行Request的工作线程

4，Request参与者

注意：将在Worker线程内部等待任务池非空的方式称为正向等待。

将在Channel线程提供Worker线程来判断任务池非空的方式称为反向等待。

线程池实例1：

利用同步方法来实现，使用数组来作为任务池的存放数据结构。在Channel有缓存请求方法和处理请求方法，利用生成者与消费者模式来处理存储请求，利用反向等待来判断任务池的非空状态。

Channel参与者：

package whut.threadpool; 
//用到了生产者与消费者模式 
//生成线程池，接受客户端线程的请求，找到一个工作线程分配该客户端请求 
public class Channel { 
    private static final int MAX_REQUEST = 100;// 并发数目，就是同时可以接受多少个客户端请求 
    //利用数组来存放请求，每次从数组末尾添加请求，从开头移除请求来处理 
    private final Request[] requestQueue;// 存储接受客户线程的数目 
    private int tail;//下一次存放Request的位置 
    private int head;//下一次获取Request的位置 
    private int count;// 当前request数量 
    private final WorkerThread[] threadPool;// 存储线程池中的工作线程 
    // 运用数组来存储 
    public Channel(int threads) { 
        this.requestQueue = new Request[MAX_REQUEST]; 
        this.head = 0; 
        this.tail= 0; 
        this.count = 0; 
        threadPool = new WorkerThread[threads]; 
        // 启动工作线程 
        for (int i = 0; i < threadPool.length; i++) { 
            threadPool[i] = new WorkerThread("Worker-" + i, this); 
        } 
    } 
    public void startWorkers() { 
        for (int i = 0; i < threadPool.length; i++) { 
            threadPool[i].start(); 
        } 
    } 
    // 接受客户端请求线程 
    public synchronized void putRequest(Request request) { 
        // 当Request的数量大于或等于同时接受的数目时候，要等待 
        while (count >= requestQueue.length) 
            try { 
                wait(); 
            } catch (InterruptedException e) { 
            } 
        requestQueue[tail] = request; 
        tail = (tail + 1) % requestQueue.length; 
        count++; 
        notifyAll(); 
    } 
    // 处理客户端请求线程 
    public synchronized Request takeRequest() { 
        while (count <= 0) 
            try { 
                wait(); 
            } catch (InterruptedException e) { 
            } 
        Request request = requestQueue[head]; 
        head = (head + 1) % requestQueue.length; 
        count--; 
        notifyAll(); 
        return request; 
    } 
} 

客户端请求线程：

package whut.threadpool; 
import java.util.Random; 
//向Channel发送Request请求的 
public class ClientThread extends Thread{ 
    private final Channel channel; 
    private static final Random random=new Random(); 
                                                                
    public ClientThread(String name,Channel channel) 
    { 
        super(name); 
        this.channel=channel; 
    } 
    public void run() 
    { 
        try{ 
            for(int i=0;true;i++) 
            { 
                Request request=new Request(getName(),i); 
                channel.putRequest(request); 
                Thread.sleep(random.nextInt(1000)); 
            } 
        }catch(InterruptedException e) 
        { 
        } 
    } 
} 

工作线程：

package whut.threadpool; 
//具体工作线程 
public class WorkerThread extends Thread{ 
                                                       
    private final Channel channel; 
    public WorkerThread(String name,Channel channel) 
    { 
      super(name); 
      this.channel=channel; 
    } 
                                                       
    public void run() 
    { 
        while(true) 
        { 
            Request request=channel.takeRequest(); 
            request.execute(); 
        } 
    } 
} 

线程池实例2：

工作线程：

利用同步块来处理，利用Vector来存储客户端请求。在Channel有缓存请求方法和处理请求方法，利用生成者与消费者模式来处理存储请求，利用正向等待来判断任务池的非空状态。

这种实例，可以借鉴到网络ServerSocket处理用户请求的模式中，有很好的扩展性与实用性。

利用Vector来存储，依旧是每次集合的最后一个位置添加请求，从开始位置移除请求来处理。

Channel参与者：

package whut.threadpool2; 
import java.util.Vector; 
/* 
 * 这个主要的作用如下 
 * 0,缓冲客户请求线程(利用生产者与消费者模式) 
 * 1,存储客户端请求的线程 
 * 2,初始化启动一定数量的线程 
 * 3,主动来唤醒处于任务池中wait set的一些线程来执行任务 
 */ 
public class Channel { 
    public final static int THREAD_COUNT=4; 
    public static void main(String[] args) { 
      //定义两个集合，一个是存放客户端请求的，利用Vector， 
      //一个是存储线程的，就是线程池中的线程数目 
                              
      //Vector是线程安全的，它实现了Collection和List 
      //Vector 类可以实现可增长的对象数组。与数组一样， 
      //它包含可以使用整数索引进行访问的组件。但Vector 的大小可以根据需要增大或缩小， 
      //以适应创建 Vector 后进行添加或移除项的操作。 
      //Collection中主要包括了list相关的集合以及set相关的集合,Queue相关的集合 
      //注意：Map不是Collection的子类，都是java.util.*下的同级包 
      Vector pool=new Vector(); 
      //工作线程，初始分配一定限额的数目 
      WorkerThread[] workers=new WorkerThread[THREAD_COUNT]; 
                           
      //初始化启动工作线程 
      for(int i=0;i<workers.length;i++) 
      { 
          workers[i]=new WorkerThread(pool); 
          workers[i].start(); 
      } 
                            
      //接受新的任务，并且将其存储在Vector中 
      Object task=new Object();//模拟的任务实体类 
      //此处省略具体工作 
      //在网络编程中，这里就是利用ServerSocket来利用ServerSocket.accept接受一个Socket从而唤醒线程 
                            
      //当有具体的请求达到 
      synchronized(pool) 
      { 
          pool.add(pool.size(), task); 
          pool.notifyAll();//通知所有在pool wait set中等待的线程，唤醒一个线程进行处理 
      } 
      //注意上面这步骤添加任务池请求，以及通知线程，都可以放在工作线程内部实现 
      //只需要定义该方法为static，在方法体用同步块，且共享的线程池也是static即可 
                            
      //下面这步，可以有可以没有根据实际情况 
      //取消等待的线程 
      for(int i=0;i<workers.length;i++) 
      { 
          workers[i].interrupt(); 
      } 
    } 
} 

工作线程：

package whut.threadpool2; 
import java.util.List; 
public class WorkerThread extends Thread { 
    private List pool;//任务请求池 
    private static int fileCompressed=0;//所有实例共享的 
                      
    public WorkerThread(List pool) 
    { 
          this.pool=pool;  
    } 
                      
    //利用静态synchronized来作为整个synchronized类方法，仅能同时一个操作该类的这个方法 
    private static synchronized void incrementFilesCompressed() 
    { 
        fileCompressed++; 
    } 
                      
    public void run() 
    { 
        //保证无限循环等待中 
        while(true) 
        { 
            //共享互斥来访问pool变量 
            synchronized(pool) 
            { 
                //利用多线程设计模式中的 
                //Guarded Suspension Pattern,警戒条件为pool不为空，否则无限的等待中 
                while(pool.isEmpty()) 
                { 
                    try{ 
                        pool.wait();//进入pool的wait set中等待着,释放了pool的锁 
                    }catch(InterruptedException e) 
                    { 
                    } 
                } 
                //当线程被唤醒，需要重新获取pool的锁， 
                //再次继续执行synchronized代码块中其余的工作 
                //当不为空的时候，继续再判断是否为空，如果不为空，则跳出循环 
                //必须先从任务池中移除一个任务来执行，统一用从末尾添加，从开始处移除 
                                  
                pool.remove(0);//获取任务池中的任务，并且要进行转换 
            } 
            //下面是线程所要处理的具体工作 
        } 
    } 
} 

from: http://developer.51cto.com/art/201305/395279_1.htm