java线程(7)

Java5增加了新的类库并发集java.util.concurrent，该类库为并发程序提供了丰富的API多线程编程在Java 5中更加容易，灵活。本文通过一个网络服务器模型，来实践Java5的多线程编程，该模型中使用了Java5中的线程池，阻塞队列，可重入锁等，还实践了Callable， Future等接口，并使用了Java 5的另外一个新特性泛型。
　　简介
　　本文将实现一个网络服务器模型，一旦有客户端连接到该服务器，则启动一个新线程为该连接服务，服务内容为往客户端输送一些字符信息。一个典型的网络服务器模型如下：
　　1. 建立监听端口。
　　2. 发现有新连接，接受连接，启动线程，执行服务线程。 3. 服务完毕，关闭线程。
　　这个模型在大部分情况下运行良好，但是需要频繁的处理用户请求而每次请求需要的服务又是简短的时候，系统会将大量的时间花费在线程的创建销毁。Java 5的线程池克服了这些缺点。通过对重用线程来执行多个任务，避免了频繁线程的创建与销毁开销，使得服务器的性能方面得到很大提高。因此，本文的网络服务器模型将如下：
　　1. 建立监听端口，创建线程池。
　　2. 发现有新连接，使用线程池来执行服务任务。
　　3. 服务完毕，释放线程到线程池。
　　下面详细介绍如何使用Java 5的concurrent包提供的API来实现该服务器。
　　初始化
　　初始化包括创建线程池以及初始化监听端口。创建线程池可以通过调用java.util.concurrent.Executors类里的静态方法newChahedThreadPool或是newFixedThreadPool来创建，也可以通过新建一个java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor实例来执行任务。这里我们采用newFixedThreadPool方法来建立线程池。
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);

　　表示新建了一个线程池，线程池里面有10个线程为任务队列服务。
　　使用ServerSocket对象来初始化监听端口。
private static final int PORT = 19527;
serverListenSocket = new ServerSocket(PORT);
serverListenSocket.setReuseAddress(true);
serverListenSocket.setReuseAddress(true);

　　服务新连接
　　当有新连接建立时，accept返回时，将服务任务提交给线程池执行。
while(true){
　Socket socket = serverListenSocket.accept();
　pool.execute(new ServiceThread(socket));
}

　　这里使用线程池对象来执行线程，减少了每次线程创建和销毁的开销。任务执行完毕，线程释放到线程池。
　　服务任务
　　服务线程ServiceThread维护一个count来记录服务线程被调用的次数。每当服务任务被调用一次时，count的值自增1，因此ServiceThread提供一个increaseCount和getCount的方法，分别将count值自增1和取得该count值。由于可能多个线程存在竞争，同时访问count，因此需要加锁机制，在Java 5之前，我们只能使用synchronized来锁定。Java 5中引入了性能更加粒度更细的重入锁ReentrantLock。我们使用ReentrantLock保证代码线程安全。下面是具体代码：
private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock ();
private static int count = 0;
private int getCount(){
　int ret = 0;
　try{
　　lock.lock();
　　ret = count;
　}finally{
　　lock.unlock();
　}
　return ret;
}
private void increaseCount(){
　try{
　　lock.lock();
　　++count;
　}finally{
　　lock.unlock();
　}
}

　　服务线程在开始给客户端打印一个欢迎信息，
increaseCount();
int curCount = getCount();
helloString = "hello, id = " + curCount+"\r\n";
dos = new DataOutputStream(connectedSocket.getOutputStream());
dos.write(helloString.getBytes());

　　然后使用ExecutorService的submit方法提交一个Callable的任务，返回一个Future接口的引用。这种做法对费时的任务非常有效，submit任务之后可以继续执行下面的代码，然后在适当的位置可以使用Future的get方法来获取结果，如果这时候该方法已经执行完毕，则无需等待即可获得结果，如果还在执行，则等待到运行完毕。
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
Future <String> future = executor.submit(new TimeConsumingTask());
dos.write("let's do soemthing other".getBytes());
String result = future.get();
dos.write(result.getBytes());

　　其中TimeConsumingTask实现了Callable接口
class TimeConsumingTask implements Callable <String>{
　public String call() throws Exception {
　　System.out.println("It's a time-consuming task, you'd better retrieve your result in the furture");
　　return "ok, here's the result: It takes me lots of time to produce this result";
　}
}
　　这里使用了Java 5的另外一个新特性泛型，声明TimeConsumingTask的时候使用了String做为类型参数。必须实现Callable接口的call函数，其作用类似与Runnable中的run函数，在call函数里写入要执行的代码，其返回值类型等同于在类声明中传入的类型值。在这段程序中，我们提交了一个Callable的任务，然后程序不会堵塞，而是继续执行dos.write("let's do soemthing other".getBytes());当程序执行到String result = future.get()时如果call函数已经执行完毕，则取得返回值，如果还在执行，则等待其执行完毕。
与人有生老病死一样，线程也同样要经历开始（等待）、运行、挂起和停止四种不同的状态。这四种状态都可以通过Thread类中的方法进行控制。下面给出了Thread类中和这四种状态相关的方法。
    // 开始线程
    public void start( );
    public void run( );

    // 挂起和唤醒线程
    public void resume( );     // 不建议使用
    public void suspend( );    // 不建议使用
    public static void sleep(long millis);
    public static void sleep(long millis, int nanos);

    // 终止线程
    public void stop( );       // 不建议使用
    public void interrupt( );

    // 得到线程状态
    public boolean isAlive( );
    public boolean isInterrupted( );
    public static boolean interrupted( );

    // join方法
    public void join( ) throws InterruptedException;

一、创建并运行线程
线程在建立后并不马上执行run方法中的代码，而是处于等待状态。线程处于等待状态时，可以通过Thread类的方法来设置线程不各种属性，如线程的优先级（setPriority）、线程名(setName)和线程的类型（setDaemon）等。
当调用start方法后，线程开始执行run方法中的代码。线程进入运行状态。可以通过Thread类的isAlive方法来判断线程是否处于运行状态。当线程处于运行状态时，isAlive返回true，当isAlive返回false时，可能线程处于等待状态，也可能处于停止状态。下面的代码演示了线程的创建、运行和停止三个状态之间的切换，并输出了相应的isAlive返回值。
二、挂起和唤醒线程
一但线程开始执行run方法，就会一直到这个run方法执行完成这个线程才退出。但在线程执行的过程中，可以通过两个方法使线程暂时停止执行。这两个方法是suspend和sleep。在使用suspend挂起线程后，可以通过resume方法唤醒线程。而使用sleep使线程休眠后，只能在设定的时间后使线程处于就绪状态（在线程休眠结束后，线程不一定会马上执行，只是进入了就绪状态，等待着系统进行调度）。
虽然suspend和resume可以很方便地使线程挂起和唤醒，但由于使用这两个方法可能会造成一些不可预料的事情发生，因此，这两个方法被标识为deprecated(抗议)标记，这表明在以后的jdk版本中这两个方法可能被删除，所以尽量不要使用这两个方法来操作线程。下面的代码演示了sleep、suspend和resume三个方法的使用。
package chapter2;

public class MyThread extends Thread
{
    class SleepThread extends Thread
    {
        public void run()
        {
            try
            {
                sleep(2000);
            }
            catch (Exception e)
            {
            }
        }
    }
    public void run()
    {
        while (true)
            System.out.println(new java.util.Date().getTime());
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        MyThread thread = new MyThread();
        SleepThread sleepThread = thread.new SleepThread();
        sleepThread.start(); // 开始运行线程sleepThread
        sleepThread.join();  // 使线程sleepThread延迟2秒
        thread.start();
        boolean flag = false;
        while (true)
        {
            sleep(5000);  // 使主线程延迟5秒
            flag = !flag;
            if (flag)
                thread.suspend();
            else
                thread.resume();
        }
    }

从表面上看，使用sleep和suspend所产生的效果类似，但sleep方法并不等同于suspend。它们之间最大的一个区别是可以在一个线程中通过suspend方法来挂起另外一个线程，如上面代码中在主线程中挂起了thread线程。而sleep只对当前正在执行的线程起作用。在上面代码中分别使sleepThread和主线程休眠了2秒和5秒。在使用sleep时要注意，不能在一个线程中来休眠另一个线程。如main方法中使用thread.sleep(2000)方法是无法使thread线程休眠2秒的，而只能使主线程休眠2秒。
在使用sleep方法时有两点需要注意：
1. sleep方法有两个重载形式，其中一个重载形式不仅可以设毫秒，而且还可以设纳秒(1,000,000纳秒等于1毫秒)。但大多数操作系统平台上的Java虚拟机都无法精确到纳秒，因此，如果对sleep设置了纳秒，Java虚拟机将取最接近这个值的毫秒。
2. 在使用sleep方法时必须使用throws或try{...}catch{...}。因为run方法无法使用throws，所以只能使用try{...}catch{...}。当在线程休眠的过程中，使用interrupt方法（这个方法将在2.3.3中讨论）中断线程时sleep会抛出一个InterruptedException异常。sleep方法的定义如下：
public static void sleep(long millis)  throws InterruptedException
public static void sleep(long millis,  int nanos)  throws InterruptedException
三、终止线程的三种方法
有三种方法可以使终止线程。
1.  使用退出标志，使线程正常退出，也就是当run方法完成后线程终止。
2.  使用stop方法强行终止线程（这个方法不推荐使用，因为stop和suspend、resume一样，也可能发生不可预料的结果）。
    3.  使用interrupt方法中断线程。