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star2008 发表于 2008-5-27 18:41

Thread缓冲池的实现

在应用中，我们常常需要Thread缓冲池来做一些事以提高程序的效率和并发性。本文演示了如何利用Queue这种数据结构实现一个简单的Thread缓冲池。
ri4Egc6rO&YDP]
[(f#we)tM4q8] #D'm#c,eI9|
一个Thread缓冲池可以设计成以下这样：缓冲池由几个工作Thread和一个Queue组成，Client负责把任务放到Queue里面(put方法)，而工作Thread就依次取出这些任务并执行它们(get方法)。 (X3l.A0\g7Gu
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#kp8|9QjM1}0i
h/{.}#{
Queue的一个经典实现是使用一个循环数组(这个实现在很多数据结构的书上都有介绍)，如一个大小为size的数组，这个循环数组可以被想象成首尾相连的一个环。oldest指向Queue中最老的数据所在的位置，next指向下一个可以放新数据的位置。 n*R1Acy
v

S(NS,a.d)r
i #Yu/IY4g!~%_
放入一个新数据到next的位置后，需要更新next：next = (next + 1) % size;
nE2X'N2F wtXfM eL6A
p B3ZB{/gM&Z9S
从oldest位置取出一个数据后，需要更新oldest：oldest = (oldest + 1) % size;
B]5f d'K[+I:[
$UMB+U!U-v2P6L I oIa+djf ?Vo
当oldest == next的时候，Queue为空，
:Oi9NS.\~V"v
@
2}Vh!a-J8h e6A X-NV5e1e*L
当(next + 1) % size == oldest的时候，Queue为满。
|@|9X*~4`OS
y2j9Qs
Lr5m:YH'LE
0A8|&@Soz (注意：为了区分Queue为空和为满的情况，实际上Queue里面最多能放size-1个数据。) @}3GkLE Y%R

0{,w9TrC]PD \[r1T2Q0s:_ vXq
因为这个Queue会同时被多个线程访问，需要考虑在这种情况下Queue如何工作。首先，Queue需要是线程安全的，可以用Java里的synchronized关键字来确保同时只有一个Thread在访问Queue.
G-a2n t S&\ %Ho0\)yrP
q Tw/qg
我们还可以注意到当Queue为空的时候，get操作是无法进行的;当Queue为满的时候，put操作又是无法进行的。在多线程访问遇到这种情况时，一般希望执行操作的线程可以等待(block)直到该操作可以进行下去。比如，但一个Thread在一个空Queue上执行get方法的时候，这个 Thread应当等待(block)，直到另外的Thread执行该Queue的put方法后，再继续执行下去。在Java里面，Object对象的 wait (),notify()方法提供了这样的功能。
`:B/f:T9Od9G'kQ#W h;J"e1fen

*^vR,o'F+?HMf8G 　 把上面的内容结合起来，就是一个SyncQueue的类：
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public class SyncQueue { 'S;pbI)Y0l:g

Q0T'Z%o+Xw ~^2Wm&jZ
v|^_B#G9R#|
public SyncQueue(int size) { (E3Z'z g2z Zt
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y MG
i8?4j!\E
_array = new Object[size]; 8E4n0O4i
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uT [J2@
,wd!YWs3C _size = size; 7U?1gAL {v
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DR(QM+n t
'Z.FJ4z5R7ko/W
_oldest = 0; Ow5em sp
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L&Ph:`4y
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UZ'vo)s.b-?)fF
Q(f@*hs
}
lp/Z1Q$d ,n
lj5Lv x[ H!{

R)O;}9aIB p public synchronized void put(Object o) { %}S1Z(n-zK t.j6U
,[z:[1Gy
3\Hz ]UL!G
while (full()) { 5j4^-dP/y3CFkD5?

~*l-g2Ya#B|$hz
{ayt ~
try {
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EY*?k/M~P0D$f wait(); ;s:t%kU2C
`H7a?e:s

}^$Km,{"Q.}w } catch (InterruptedException ex) { /f+cg&oJ#G%C;v;h

C5oL%mb1r Ro l} Y?D4To:@
throw new ExceptionAdapter(ex);
:zH,`'Fqbw$hx.B@
5Qq9Yj ]rG2}-@ -j&P3[0}
yb
} rl_/sAwgb
1]+uz&L#zSn
8|0gf@qjR
} w2ymBuQ1[
-\8r!?e:dFH*S)A
(vyCD$d
_array[_next] = o; :XX[U |
)czm7My(v
+|J$NQ:Cb~
_next = (_next + 1) % _size; p'R~;U|!i
$Gc6MDi.P sv KB

gN&mEU(ik/p7` notify();
w8k#jI
QYri'~.T6_ }c.c \0@8t

C}7`v5g^ } /fr"|5MEB
zE4V/p:r[k#_+V

(PwU/\A5ZE8FY:o public synchronized Object get() { r!F}W4c_Z?fs
#Ec~Y%d)Z}1kl
0m6GQwv#O K
while (empty()) {
Eg x@6u1lf
0U'e&Suejn+[R *\~*h[9QuG8UWH
try {
+P0n.WK3TFr"F
^NQ9l5t D l4| G!}#[:zO(f*Uum
wait();
{ ?"B.I&ty
7T%}npMb P
3D[/Kwq;xP } catch (InterruptedException ex) {
$E]1N6JA7[!\q9h*i Q \5j%c9Z$ZN,BWE
Q"[e
P*|n
d:k
throw new ExceptionAdapter(ex); u:b1_Tn
/{lY
dS vK

u(Ph%HM0e)\p)B }
$v0R#|1N\D%y x:edUT4vZ7S9U)Qs
1k'j6R4A h
}
}+TRWKk(L5q4]
PhJ6PB k0u4? z3_!mIhEyy
Object ret = _array[_oldest];
3C_+k-A(h6H(xYl
1Dkd+jhN'v
Wr/F Q+K*`C~ O _oldest = (_oldest + 1) % _size;
C4WM1tW^}y3j O6{%RwdZ4Ux
Pi,F0c&kB D
notify(); -s5Ij1e;t?.U

{$fw
i*~`/{3d5m(l
^?0?
S} return ret; &y7}'[fLN1_(|(z~
Tr,pi'D

'^&E}_@V G g } !Y{&l kJX6G
bw$T[%a2W#U2o+w

e ~/J8J;w2n protected boolean empty() { 4f'T-w{f;S!h:lfR
'w7^P~*z

5lW&~a.C-O_y` return _next == _oldest; /i$omS,eba-b9RX
(apCHw0g.A,lzz

s*c4Xx1fD@[9R"K } q1S2Hk;X7G#D^
.Z2dM7T3k#ay!Z
&r;E:im%hx`G
protected boolean full() { onm3{-R8_

4H8~PY2MP dqr0gtG[t$D
return (_next + 1) % _size == _oldest;
tIF&y#C K SG9K wc|.L.@9xH%B3m9iM

$`7tN'reb$| }
OT5\3L
k,U5A3C 4eoh"K^s\

*S$}0X\i5iA protected Object [] _array;
FK r ~8dQ0[
gU/k:v#yz8q?
,sB e3FG protected int _next; t$|O#R6^+F,{e0k
2On5Lm?}q*~k
4]4_%g5@`b9d
protected int _oldest; 5p%g,ztd0E ]
I.[9X(e3M4A/S
h

]_ET0On0X8p:I protected int _size;
8jM,i!l/wg$D
9gp*@+zw^;F 6JQ]5N3P&P?b
}
3dNywBf
$_pvl+V(R{7O-K {`(m)xEH!t
可以注意一下get和put方法中while的使用，如果换成if是会有问题的。这是个很容易犯的错误。;-)
7J7V0[MF!Ej 6O2YPk4S)O|,J

8?p5d&cX(TF
| 在以上代码中使用了ExceptionAdapter这个类，它的作用是把一个checked Exception包装成RuntimeException。详细的说明可以参考我的避免在Java中使用Checked Exception一文。
Q8]#P`.Xyo)CQ4b0J7d *x
GwpLU
%J%n!a?)z_s
接下来我们需要一个对象来表现Thread缓冲池所要执行的任务。可以发现JDK中的Runnable interface非常合适这个角色。 [JA QB-A9W
7R AaCcO5I

$d.~;]-OMHiZp 最后，剩下工作线程的实现就很简单了：从SyncQueue里取出一个Runnable对象并执行它。 *Ms)O6zOk.k
!H*B(G y+QWs'y
*JS^|"j2S W
public class Worker implements Runnable { a1P2nr"V j.i0Y.}

g6DMD
I!Ev
0Wj-D,z9A,h)A public Worker(SyncQueue queue) {
6Z)W]$FE%h 6Vi dj-h3X3Uo
ti!zF4`$`/a6o
_queue = queue;
/s6Db/v?7bz
0^7zV9`Ondb0g7v
$Y1q|)G"Em}8uQ }
p}IfGT#[
!}`m#ou)j!t 6HdnU'A rm h
public void run() { 8{nYl N
.DNE{ i&a Dk|

u-w+~5wS2~8U while (true) { kl#[mD0a(h
S2h
R$nM9m}

FT.@uW hRo(ZC y Runnable task = (Runnable) _queue.get();
*D+q/[
Jb2n "u?!^_\E/n

!MWOl&R task.run();
8k;t6}*l/Ih~
/QGQk(`){ w?C#n%`i uA
} ug)e_o@ kU
hDo} TtGe0r

E0r[#T M)Uv }
W3p%Tz!P;P
E7W!p%t~;y
_-@:R`[z/O,yMV protected SyncQueue _queue = null;
4aw9[8W6lu4M2C/XWm/N &q2v3R&~C3O d

9Er
i kci }
$P)\$~E/]5MQ X0|}"Y(TBW^

$s/KXO(Cy| L%z
E 下面是一个使用这个Thread缓冲池的例子： )[LXS(yE6pDt
9gAca\[Q T
*LUqTk#USAC
//构造Thread缓冲池
sVt%E.v!T;Hu Q )`:F"EP"D"Dv'lH
tyu9TM@ r1~ZX
SyncQueue queue = new SyncQueue(10);
"lnjh@/eh
G9m2n4xD`[E
'P$H2wtl%OO for (int i = 0; i < 5; i ++) {
M#V8C_{8|Q
X)FgdG1n1umi
fJ6QT3U)~ [6D#M"A new Thread(new Worker(queue)).start(); .K
R3]#V6v@
#j2w2Xr
Z
/Q![oe-e7[
xI9W.`
}

gB)c |&eZe]{-B 5x lr2b$x7G8`*uo
`!V5yI*|YB
//使用Thread缓冲池 (]:Y*j%R,@ z/aze


t9rG~}b K'~Ty aT h9M lT6nL
Runnable task = new MyTask(); ?xZ&a y/B-pI,kGz
PnB n?7y8S|0O

A7h,|[Xg%N2~ queue.put(task);
.IU#d%z8Q{4p*m5F{
J]k2ZN?7WJNb
G G9Ww0h
J 为了使本文中的代码尽可能简单，这个Thread缓冲池的实现是一个基本的框架。当使用到实际中时，一些其他功能也可以在这一基础上添加，比如异常处理，动态调整缓冲池大小等等。

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