李干杰接替河北省长:java多线程设计模式详解之三

然而，创建和销毁线程本身就有一定的开销，如果频繁创建和销毁线程，CPU和内存开销就不可忽略，垃圾收集器还必须负担更多的工作。因此，线程池就是为了避免频繁创建和销毁线程。

每当服务器接受了一个新的请求后，服务器就从线程池中挑选一个等待的线程并执行请求处理。处理完毕后，线程并不结束，而是转为阻塞状态再次被放入线程池中。这样就避免了频繁创建和销毁线程。

Worker Pattern实现了类似线程池的功能。首先定义Task接口：

package com.crackj2ee.thread;
public interface Task {
    void execute();
}

线程将负责执行execute()方法。注意到任务是由子类通过实现execute()方法实现的，线程本身并不知道自己执行的任务。它只负责运行一个耗时的execute()方法。

具体任务由子类实现，我们定义了一个CalculateTask和一个TimerTask：

// CalculateTask.java
package com.crackj2ee.thread;
public class CalculateTask implements Task {
    private static int count = 0;
    private int num = count;
    public CalculateTask() {
        count++;
    }
    public void execute() {
        System.out.println("[CalculateTask " + num + "] start...");
        try {
            Thread.sleep(3000);
        }
        catch(InterruptedException ie) {}
        System.out.println("[CalculateTask " + num + "] done.");
    }
}

// TimerTask.java
package com.crackj2ee.thread;
public class TimerTask implements Task {
    private static int count = 0;
    private int num = count;
    public TimerTask() {
        count++;
    }
    public void execute() {
        System.out.println("[TimerTask " + num + "] start...");
        try {
            Thread.sleep(2000);
        }
        catch(InterruptedException ie) {}
        System.out.println("[TimerTask " + num + "] done.");
    }
}

以上任务均简单的sleep若干秒。

TaskQueue实现了一个队列，客户端可以将请求放入队列，服务器线程可以从队列中取出任务：

package com.crackj2ee.thread;
import java.util.*;
public class TaskQueue {
    private List queue = new LinkedList();
    public synchronized Task getTask() {
        while(queue.size()==0) {
            try {
                this.wait();
            }
            catch(InterruptedException ie) {
                return null;
            }
        }
        return (Task)queue.remove(0);
    }
    public synchronized void putTask(Task task) {
        queue.add(task);
        this.notifyAll();
    }
}

终于到了真正的WorkerThread，这是真正执行任务的服务器线程：

package com.crackj2ee.thread;
public class WorkerThread extends Thread {
    private static int count = 0;
    private boolean busy = false;
    private boolean stop = false;
    private TaskQueue queue;
    public WorkerThread(ThreadGroup group, TaskQueue queue) {
        super(group, "worker-" + count);
        count++;
        this.queue = queue;
    }
    public void shutdown() {
        stop = true;
        this.interrupt();
        try {
            this.join();
        }
        catch(InterruptedException ie) {}
    }
    public boolean isIdle() {
        return !busy;
    }
    public void run() {
        System.out.println(getName() + " start.");       
        while(!stop) {
            Task task = queue.getTask();
            if(task!=null) {
                busy = true;
                task.execute();
                busy = false;
            }
        }
        System.out.println(getName() + " end.");
    }
}

前面已经讲过，queue.getTask()是一个阻塞方法，服务器线程可能在此wait()一段时间。此外，WorkerThread还有一个shutdown方法，用于安全结束线程。

最后是ThreadPool，负责管理所有的服务器线程，还可以动态增加和减少线程数：

package com.crackj2ee.thread;
import java.util.*;
public class ThreadPool extends ThreadGroup {
    private List threads = new LinkedList();
    private TaskQueue queue;
    public ThreadPool(TaskQueue queue) {
        super("Thread-Pool");
        this.queue = queue;
    }
    public synchronized void addWorkerThread() {
        Thread t = new WorkerThread(this, queue);
        threads.add(t);
        t.start();
    }
    public synchronized void removeWorkerThread() {
        if(threads.size()>0) {
            WorkerThread t = (WorkerThread)threads.remove(0);
            t.shutdown();
        }
    }
    public synchronized void currentStatus() {
        System.out.println("-----------------------------------------------");
        System.out.println("Thread count = " + threads.size());
        Iterator it = threads.iterator();
        while(it.hasNext()) {
            WorkerThread t = (WorkerThread)it.next();
            System.out.println(t.getName() + ": " + (t.isIdle() ? "idle" : "busy"));
        }
        System.out.println("-----------------------------------------------");
    }
}

currentStatus()方法是为了方便调试，打印出所有线程的当前状态。

最后，Main负责完成main()方法：

package com.crackj2ee.thread;
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        TaskQueue queue = new TaskQueue();
        ThreadPool pool = new ThreadPool(queue);
        for(int i=0; i<10; i++) {
            queue.putTask(new CalculateTask());
            queue.putTask(new TimerTask());
        }
        pool.addWorkerThread();
        pool.addWorkerThread();
        doSleep(8000);
        pool.currentStatus();
        pool.addWorkerThread();
        pool.addWorkerThread();
        pool.addWorkerThread();
        pool.addWorkerThread();
        pool.addWorkerThread();
        doSleep(5000);
        pool.currentStatus();
    }
    private static void doSleep(long ms) {
        try {
            Thread.sleep(ms);
        }
        catch(InterruptedException ie) {}
    }
}

main()一开始放入了20个Task，然后动态添加了一些服务线程，并定期打印线程状态，运行结果如下：

worker-0 start.
[CalculateTask 0] start...
worker-1 start.
[TimerTask 0] start...
[TimerTask 0] done.
[CalculateTask 1] start...
[CalculateTask 0] done.
[TimerTask 1] start...
[CalculateTask 1] done.
[CalculateTask 2] start...
[TimerTask 1] done.
[TimerTask 2] start...
[TimerTask 2] done.
[CalculateTask 3] start...
-----------------------------------------------
Thread count = 2
worker-0: busy
worker-1: busy
-----------------------------------------------
[CalculateTask 2] done.
[TimerTask 3] start...
worker-2 start.
[CalculateTask 4] start...
worker-3 start.
[TimerTask 4] start...
worker-4 start.
[CalculateTask 5] start...
worker-5 start.
[TimerTask 5] start...
worker-6 start.
[CalculateTask 6] start...
[CalculateTask 3] done.
[TimerTask 6] start...
[TimerTask 3] done.
[CalculateTask 7] start...
[TimerTask 4] done.
[TimerTask 7] start...
[TimerTask 5] done.
[CalculateTask 8] start...
[CalculateTask 4] done.
[TimerTask 8] start...
[CalculateTask 5] done.
[CalculateTask 9] start...
[CalculateTask 6] done.
[TimerTask 9] start...
[TimerTask 6] done.
[TimerTask 7] done.
-----------------------------------------------
Thread count = 7
worker-0: idle
worker-1: busy
worker-2: busy
worker-3: idle
worker-4: busy
worker-5: busy
worker-6: busy
-----------------------------------------------
[CalculateTask 7] done.
[CalculateTask 8] done.
[TimerTask 8] done.
[TimerTask 9] done.
[CalculateTask 9] done.

仔细观察：一开始只有两个服务器线程，因此线程状态都是忙，后来线程数增多，7个线程中的两个状态变成idle，说明处于wait()状态。

思考：本例的线程调度算法其实根本没有，因为这个应用是围绕TaskQueue设计的，不是以Thread Pool为中心设计的。因此，Task调度取决于TaskQueue的getTask()方法，你可以改进这个方法，例如使用优先队列，使优先级高的任务先被执行。

如果所有的服务器线程都处于busy状态，则说明任务繁忙，TaskQueue的队列越来越长，最终会导致服务器内存耗尽。因此，可以限制 TaskQueue的等待任务数，超过最大长度就拒绝处理。许多Web服务器在用户请求繁忙时就会拒绝用户：HTTP 503 SERVICE UNAVAILABLE