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(轉)Java 5.0多線程編程（4）

CountDownLatch:

?? CountDownLatch 是個計數器，它有一個初始數，等待這個計數器的線程必須等到計數器倒數到零時才可繼續。比如說一個 Server 啟動時需要初始化 4 個部件， Server 可以同時啟動 4 個線程去初始化這 4 個部件，然后調用 CountDownLatch(4).await() 阻斷進入等待，每個線程完成任務后會調用一次 CountDownLatch.countDown() 來倒計數 , 當 4 個線程都結束時 CountDownLatch 的計數就會降低為 0 ，此時 Server 就會被喚醒繼續下一步操作。 CountDownLatch 的方法主要有：

await() ：使調用此方法的線程阻斷進入等待
countDown(): 倒計數，將計數值減 1
getCount(): 得到當前的計數值

?? CountDownLatch 的例子：一個 server 調了三個 ComponentThread 分別去啟動三個組件，然后 server 等到組件都啟動了再繼續。

public class Server {

????? public static void main(String[] args) throws InterruptedException{

??????????? System.out.println("Server is starting.");

?????????? ?// 初始化一個初始值為 3 的 CountDownLatch

??????????? CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);

??????????? // 起 3 個線程分別去啟動 3 個組件

??????????? ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();

??????????? service.submit(new ComponentThread(latch, 1));

????????? ??service.submit(new ComponentThread(latch, 2));

??????????? service.submit(new ComponentThread(latch, 3));

??????????? service.shutdown();

??????????? // 進入等待狀態

??????????? latch.await();

??????????? // 當所需的三個組件都完成時， Server 就可繼續了

??????????? System.out.println("Server is up!");

????? }

}

public class ComponentThread implements Runnable{

????? CountDownLatch latch;

????? int ID;

????? /** Creates a new instance of ComponentThread */

????? public ComponentThread(CountDownLatch latch, int ID) {

??????????? this.latch = latch;

??????????? this.ID = ID;

????? }

????? public void run() {

??????????? System.out.println("Component "+ID + " initialized!");

??????????? // 將計數減一

??????????? latch.countDown();

????? }????

}

運行結果：

Server is starting.

Component 1 initialized!

Component 3 initialized!

Component 2 initialized!

Server is up!

CyclicBarrier:

?? CyclicBarrier 類似于 CountDownLatch 也是個計數器，不同的是 CyclicBarrier 數的是調用了 CyclicBarrier.await() 進入等待的線程數，當線程數達到了 CyclicBarrier 初始時規定的數目時，所有進入等待狀態的線程被喚醒并繼續。 CyclicBarrier 就象它名字的意思一樣，可看成是個障礙，所有的線程必須到齊后才能一起通過這個障礙。 CyclicBarrier 初始時還可帶一個 Runnable 的參數，此 Runnable 任務在 CyclicBarrier 的數目達到后，所有其它線程被喚醒前被執行。

CyclicBarrier 提供以下幾個方法：

await() ：進入等待
getParties() ：返回此 barrier 需要的線程數
reset() ：將此 barrier 重置

?? 以下是使用 CyclicBarrier 的一個例子：兩個線程分別在一個數組里放一個數，當這兩個線程都結束后，主線程算出數組里的數的和（這個例子比較無聊，我沒有想到更合適的例子）

public class MainThread {

public static void main(String[] args)

????? throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException{

??????????? final int[] array = new int[2];

??????????? CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(2,

????????????????? new Runnable() {// 在所有線程都到達 Barrier 時執行

????????????????? public void run() {

??????????????????????? System.out.println("Total is:"+(array[0]+array[1]));

????????????????? }

??????????? });???????????

??????????? // 啟動線程

??????????? new Thread(new ComponentThread(barrier, array, 0)).start();

??????????? new Thread(new ComponentThread(barrier, array, 1)).start();???

????? }?????

}

public class ComponentThread implements Runnable{

????? CyclicBarrier barrier;

????? int ID;

????? int[] array;

????? public ComponentThread(CyclicBarrier barrier, int[] array, int ID) {

??????????? this.barrier = barrier;

??????????? this.ID = ID;

??????????? this.array = array;

????? }

????? public void run() {

??????????? try {

????????????????? array[ID] = new Random().nextInt();

????????????????? System.out.println(ID+ " generates:"+array[ID]);

????????????????? // 該線程完成了任務等在 Barrier 處

????????????????? barrier.await();

??????????? } catch (BrokenBarrierException ex) {

????????????????? ex.printStackTrace();

??????????? } catch (InterruptedException ex) {

????????????????? ex.printStackTrace();

??????????? }

????? }

}

Exchanger:

?? 顧名思義 Exchanger 讓兩個線程可以互換信息。用一個例子來解釋比較容易。例子中服務生線程往空的杯子里倒水，顧客線程從裝滿水的杯子里喝水，然后通過 Exchanger 雙方互換杯子，服務生接著往空杯子里倒水，顧客接著喝水，然后交換，如此周而復始。

class FillAndEmpty {

????? // 初始化一個 Exchanger ，并規定可交換的信息類型是 DataCup

????? Exchanger exchanger = new Exchanger();

???? ?Cup initialEmptyCup = ...; // 初始化一個空的杯子

????? Cup initialFullCup = ...; // 初始化一個裝滿水的杯子

????? // 服務生線程

????? class Waiter implements Runnable {

??????????? public void run() {

????????????????? Cup currentCup = initialEmptyCup;

????????????????? try {

?????? ?????????????????// 往空的杯子里加水

??????????????????????? currentCup.addWater();

??????????????????????? // 杯子滿后和顧客的空杯子交換

??????????????????????? currentCup = exchanger.exchange(currentCup);

????????????????? } catch (InterruptedException ex) { ... handle ... }

? ?????????? }

????? }

????? // 顧客線程

????? class Customer implements Runnable {

??????????? public void run() {

????????????????? DataCup currentCup = initialFullCup;

????????????????? try {

??????????????????????? // 把杯子里的水喝掉

??????????????????????? currentCup.drinkFromCup();

??????????????????????? // 將空杯子和服務生的滿杯子交換

??????????????????????? currentCup = exchanger.exchange(currentCup);

????????????????? } catch (InterruptedException ex) { ... handle ...}

??????????? }

????? }

?????

????? void start() {

??????? ????new Thread(new Waiter()).start();

??????????? new Thread(new Customer()).start();

????? }

}

6: BlockingQueue接口

?? BlockingQueue 是一種特殊的 Queue ，若 BlockingQueue 是空的，從 BlockingQueue 取東西的操作將會被阻斷進入等待狀態直到 BlocingkQueue 進了新貨才會被喚醒。同樣，如果 BlockingQueue 是滿的任何試圖往里存東西的操作也會被阻斷進入等待狀態，直到 BlockingQueue 里有新的空間才會被喚醒繼續操作。 BlockingQueue 提供的方法主要有：

add(anObject): 把 anObject 加到 BlockingQueue 里，如果 BlockingQueue 可以容納返回 true ，否則拋出 IllegalStateException 異常。
offer(anObject) ：把 anObject 加到 BlockingQueue 里，如果 BlockingQueue 可以容納返回 true ，否則返回 false 。
put(anObject) ：把 anObject 加到 BlockingQueue 里，如果 BlockingQueue 沒有空間，調用此方法的線程被阻斷直到 BlockingQueue 里有新的空間再繼續。
poll(time) ：取出 BlockingQueue 里排在首位的對象，若不能立即取出可等 time 參數規定的時間。取不到時返回 null 。
take() ：取出 BlockingQueue 里排在首位的對象，若 BlockingQueue 為空，阻斷進入等待狀態直到 BlockingQueue 有新的對象被加入為止。

根據不同的需要 BlockingQueue 有 4 種具體實現：

ArrayBlockingQueue ：規定大小的 BlockingQueue ，其構造函數必須帶一個 int 參數來指明其大小。其所含的對象是以 FIFO （先入先出）順序排序的。
LinkedBlockingQueue ：大小不定的 BlockingQueue ，若其構造函數帶一個規定大小的參數，生成的 BlockingQueue 有大小限制，若不帶大小參數，所生成的 BlockingQueue 的大小由 Integer.MAX_VALUE 來決定。其所含的對象是以 FIFO （先入先出）順序排序的。 LinkedBlockingQueue 和 ArrayBlockingQueue 比較起來，它們背后所用的數據結構不一樣，導致 LinkedBlockingQueue 的數據吞吐量要大于 ArrayBlockingQueue ，但在線程數量很大時其性能的可預見性低于 ArrayBlockingQueue 。
PriorityBlockingQueue ：類似于 LinkedBlockingQueue ，但其所含對象的排序不是 FIFO ，而是依據對象的自然排序順序或者是構造函數所帶的 Comparator 決定的順序。
SynchronousQueue ：特殊的 BlockingQueue ，對其的操作必須是放和取交替完成的。

下面是用 BlockingQueue 來實現 Producer 和 Consumer 的例子：

public class BlockingQueueTest {

????? static BlockingQueue basket;

????? public BlockingQueueTest() {

??????????? // 定義了一個大小為 2 的 BlockingQueue ，也可根據需要用其他的具體類

??????????? basket = new ArrayBlockingQueue(2);

????? }

????? class Producor implements Runnable {

??????????? public void run() {

????????????????? while(true){

??????????????????????? try {

????????????????????????????? // 放入一個對象，若 basket 滿了，等到 basket 有位置

?????????????????????? ???????basket.put("An apple");

??????????????????????? } catch (InterruptedException ex) {

????????????????????????????? ex.printStackTrace();

??????????????????????? }

????????????????? }

??????????? }

????? }

????? class Consumer implements Runnable {

? ??????????public void run() {

????????????????? while(true){

??????????????????????? try {

????????????????????????????? // 取出一個對象，若 basket 為空，等到 basket 有東西為止

????????????????????????????? String result = basket.take();

??????????????????????? } catch (InterruptedException ex) {

????????????????????????????? ex.printStackTrace();

??????????????????????? }

????????????????? }

????? ??????}???????????

????? }

????? public void execute(){

??????????? for(int i=0; i<10; i++){

????????????????? new Thread(new Producor()).start();

????????????????? new Thread(new Consumer()).start();

??????????? }???????????

????? }

????? public static void main(String[] args){

??????????? BlockingQueueTest test = new BlockingQueueTest();

??????????? test.execute();

????? }?????

}

7：Atomics 原子級變量

?? 原子量級的變量，主要的類有 AtomicBoolean, AtomicInteger, AotmicIntegerArray, AtomicLong, AtomicLongArray, AtomicReference …… 。這些原子量級的變量主要提供兩個方法：

compareAndSet(expectedValue, newValue): 比較當前的值是否等于 expectedValue , 若等于把當前值改成 newValue ，并返回 true 。若不等，返回 false 。
getAndSet(newValue): 把當前值改為 newValue ，并返回改變前的值。

?? 這些原子級變量利用了現代處理器（ CPU ）的硬件支持可把兩步操作合為一步的功能，避免了不必要的鎖定，提高了程序的運行效率。

8：Concurrent Collections 共點聚集

?? 在 Java 的聚集框架里可以調用 Collections.synchronizeCollection(aCollection) 將普通聚集改變成同步聚集，使之可用于多線程的環境下。但同步聚集在一個時刻只允許一個線程訪問它，其它想同時訪問它的線程會被阻斷，導致程序運行效率不高。 Java 5.0 里提供了幾個共點聚集類，它們把以前需要幾步才能完成的操作合成一個原子量級的操作，這樣就可讓多個線程同時對聚集進行操作，避免了鎖定，從而提高了程序的運行效率。 Java 5.0 目前提供的共點聚集類有： ConcurrentHashMap, ConcurrentLinkedQueue, CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet.

posted on 2007-03-26 14:32 advincenting 閱讀(538) 評論(0) 編輯收藏

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