利用QUEUE设计线程池

在应用中，我们常常需要Thread缓冲池以提高程序的效率和并发性。本文演示了利用Queue这种数据结构实现一个简单的Thread缓冲池。

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，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。

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：

public class SyncQueue { public SyncQueue(int size) { _array = new Object[size]; _size = size; _oldest = 0; _next = 0; } public synchronized void put(Object o) { while (full()) { try { wait(); } catch (InterruptedException ex) { throw new ExceptionAdapter(ex); } } _array[_next] = o; _next = (_next + 1) % _size; notify(); } public synchronized Object get() { while (empty()) { try { wait(); } catch (InterruptedException ex) { throw new ExceptionAdapter(ex); } } Object ret = _array[_oldest]; _oldest = (_oldest + 1) % _size; notify(); return ret; } protected boolean empty() { return _next == _oldest; } protected boolean full() { return (_next + 1) % _size == _oldest; } protected Object [] _array; protected int _next; protected int _oldest; protected int _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。

public class Worker implements Runnable { public Worker(SyncQueue queue) { _queue = queue; } public void run() { while (true) { Runnable task = (Runnable) _queue.get(); task.run(); } } protected SyncQueue _queue = null; }

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 < 5; 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。