JAVA进阶：一个简单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。

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)。

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。

放入一个新数据到next的位置后,需要更新next:next = (next + 1) % size;

从oldest位置取出一个数据后,需要更新oldest:oldest = (oldest + 1) % size;

当oldest == next的时候,queue为空,

当(next + 1) % size == oldest的时候,queue为满。

(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。)

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.

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。

把上面的内容结合起来,就是一个syncqueue的类:

publiclassyncqueu{

publisyncqueue(insize{

_arraneobject[size];

_sizsize;

_oldes0;

_nex0;

}

publisynchronizevoiput(objeco{

whil(full(){

tr{

wait();

catc(interruptedexceptioex{

throneexceptionadapter(ex);

}

}

_array[_nexto;

_nex(_nex1_size;

notify();

}

publisynchronizeobjecget({

whil(empty(){

tr{

wait();

catc(interruptedexceptioex{

throneexceptionadapter(ex);

}

}

objecre_array[_oldest];

_oldes(_oldes1_size;

notify();

returret;

}

protectebooleaempty({

retur_nex=_oldest;

}

protectebooleafull({

retur(_nex1_siz=_oldest;

}

protecteobjec[_array;

protectein_next;

protectein_oldest;

protectein_size;

}

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。;-)

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。

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。

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。

publiclasworkeimplementrunnabl{

publiworker(syncqueuqueue{

_queuqueue;

}

publivoirun({

whil(true{

runnabltas(runnable_queue.get();

task.run();

}

}

protectesyncqueu_queunull;

}

下面是一个使用这个thread缓冲池的例子:

//构造thread缓冲池

syncqueue queue = new syncqueue(10);

for (int i = 0; i

new thread(new worker(queue)).start();

}

//使用thread缓冲池

runnable task = new mytask();

queue.put(task);

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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