Java多线程(四) 线程池

　　一个优秀的软件不会随意的创建、销毁线程，因为创建和销毁线程需要耗费大量的CPU时间以及需要和内存做出大量的交互。因此JDK5提出了使用线程池，让程序员把更多的精力放在业务逻辑上面，弱化对线程的开闭管理。

　　JDK提供了四种不同的线程池给程序员使用　　

　　首先使用线程池，需要用到ExecutorService接口，该接口有个抽象类AbstractExecutorService对其进行了实现，ThreadPoolExecutor进一步对抽象类进行了实现。最后JDK封装了一个Executor类对ThreadPoolExecutor进行实例化，因此通过Executor能够创建出具有如下四种特性的线程池

　　1. 无下界线程池

        ExecutorService threadPool= Executors.newCachedThreadPool( ); 当线程数不足时，线程池会动态增加线程进行后续的任务调度

　　2. 固定线程数的线程池

         ExecutorService threadPool= Executors.newFixedThreadPool(3); 创建具有固定线程数:3个的线程池

　　3. 单线程线程池

　　　ExecutorService threadPool= Executors.newSingleThreadScheduledExecutor( )；创建单例线程池，确保线程池内恒定有1条线程在工作

　　4. 调度线程池

　　   ScheduledExecutorService threadPool= Executors.newSingleThreadScheduledExecutor( ); 创建一个定长线程池，定时或周期性地执行任务

package com.scl.thread.threadPool;

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ScheduledThreadPool
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 创建定时调度线程池
        ScheduledExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
        // 定时执行Runnable
        threadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable()
        {

            @Override
            public void run()
            {
                System.out.println("do some big Scheduled");
            }
        }, 10, 3, TimeUnit.SECONDS);
    }
}

        使用线程池也比较简单，只要往线程池里面提交"任务"即可，一般使用对象.submit的方法进行，如下：

　　　① threadPool.submit(Callable<T>task);    

               Callable跟Runnable接口一样在使用接口时会自动调用里面的call方法。与Runnable接口不一样的地方在于run方法不能返回内容，call方法含有返回参数,在外部可以通过Future 接口来接受线程返回的结果。如：Future<String> future = threadPool.submit(new MyTask( ));

         ② threadPool.submit(Runnable task);

            由这个签名可以看出，同样地可以往线程池里面扔入Runnable接口实例。

　　这如上面所说，线程池的使用就是减少程序员对线程的启动和关闭。把线程的创建及关闭交给线程池来完成。因此使用线程池来完成线程的经典问题：生产者-消费者模型。

　　模型简介：该模型是一个典型的排队内容。模型分为三个主要角色：生产者、消费者、仓库。生产者和消费者共享仓库信息，①当仓库里面的产品满了，停止生产等待消费者去消费到足够的量再进行生产  ②当仓库里面的产品为空，等待生产者生产后再进行销售  ③仓库负责承载产品内容

　　根据模型内容，做成了一个车位管理的例子。分为三个角色：持车人（CarOwner）、保安（Secure）、车库（CarPark）。不同的持车人把车驶入到车库，保安负责记录车辆离开车库的数量。车库容量固定，如果车库为空保安可以通知持车人把车驶入车库。如果车库满了，保安告知持车人等待另外的持车人把车驾驶出来。车库使用一个列表对入库的车信息进行记录。

　　因此有如下类图：

                         　　

package com.scl.thread.threadPool.CarParkManager;

public class CarOwner implements Runnable
{
    private int driverInNum;
    private CarPark carPark;

    public CarOwner(CarPark carPark)
    {
        this.carPark = carPark;
    }

    @Override
    public void run()
    {
        carPark.driverIn(driverInNum);
    }

    public int getDriverInNum()
    {
        return driverInNum;
    }

    public void setDriverInNum(int driverInNum)
    {
        this.driverInNum = driverInNum;
    }
}

package com.scl.thread.threadPool.CarParkManager;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.UUID;

public class CarPark
{
    protected int MaxCarNum;
    private List<Car> carList = new ArrayList<Car>();

    public CarPark(int maxNum)
    {
        this.MaxCarNum = maxNum;
    }

    public void driverIn(int num)
    {
        synchronized (carList)
        {
            while (num + carList.size() > MaxCarNum)
            {
                System.out.println(Thread.currentThread() + ":无法进库，目前车库数目：" + carList.size());
                try
                {
                    carList.wait();
                }
                catch (InterruptedException e)
                {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            for (int i = 0; i < num; i++)
            {
                try
                {
                    Thread.sleep(20);
                }
                catch (InterruptedException e)
                {
                    e.printStackTrace();
                }
                String uuid = UUID.randomUUID().toString();
                Car c = new Car(uuid, uuid + i);
                carList.add(c);
            }
            System.out.println(Thread.currentThread() + ":已经驶入" + num + "辆，目前车库数目：" + carList.size());
            carList.notify();
        }
    }

    public void driverOut(int num)
    {
        synchronized (carList)
        {

            while (carList.size() < num)
            {
                System.out.println(Thread.currentThread() + ":无法驶出" + num + "辆，目前车库数目：" + carList.size());
                try
                {
                    carList.wait();
                }
                catch (InterruptedException e)
                {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            for (int i = num - 1; i >= 0; i--)
            {
                try
                {
                    Thread.sleep(20);
                }
                catch (InterruptedException e)
                {
                    e.printStackTrace();
                }
                carList.remove(i);
            }
            System.out.println(Thread.currentThread() + ":已经驶出" + num + "辆，目前车库数目：" + carList.size());
            carList.notify();
        }
    }

    public List<Car> getCarList()
    {
        return carList;
    }

    public void setCarList(List<Car> carList)
    {
        this.carList = carList;
    }

}

package com.scl.thread.threadPool.CarParkManager;

public class Car
{
    private String id;
    private String name;

    public Car(String id, String name)
    {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }

}

package com.scl.thread.threadPool.CarParkManager;

public class Secure implements Runnable
{
    private int driverOutNum;

    private CarPark carPark;

    public Secure(CarPark carPark)
    {
        this.carPark = carPark;
    }

    public int getDriverOutNum()
    {
        return driverOutNum;
    }

    public void setDriverOutNum(int driverOutNum)
    {
        this.driverOutNum = driverOutNum;
    }

    @Override
    public void run()
    {
        carPark.driverOut(driverOutNum);
    }
}

package com.scl.thread.threadPool.CarParkManager;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class Client
{

    public static void main(String[] args)
    {
        // 设置车库最大值
        CarPark carPark = new CarPark(5);
        // 创建线程池
        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        // 创建三个持车人
        CarOwner cw1 = new CarOwner(carPark);
        CarOwner cw2 = new CarOwner(carPark);
        CarOwner cw3 = new CarOwner(carPark);
        // 设置需要驶入的车辆数目
        cw1.setDriverInNum(3);
        cw2.setDriverInNum(3);
        cw3.setDriverInNum(1);

        // 创建三个保安
        Secure s1 = new Secure(carPark);
        Secure s2 = new Secure(carPark);
        Secure s3 = new Secure(carPark);
        s1.setDriverOutNum(1);
        s2.setDriverOutNum(2);
        s3.setDriverOutNum(1);

        threadPool.submit(cw1);
        threadPool.submit(cw2);
        threadPool.submit(cw3);
        threadPool.submit(s1);
        threadPool.submit(s2);
        threadPool.submit(s3);

    }

}

 补充：很多时候我们都会写一些demo，然后用JUnit进行测试。多线程用JUnit来测试真的很好用，但是有个很不人性化的就是：线程池里面的任务都作为一个类似C#所说的工作者线程进行调用。即：当主线程运行完毕，线程池里面的东西还没执行完毕整个程序就退出了。让主线程去等待子线程执行，有几个方法：①用子线程调用join方法（线程池不适用，本来线程池就是要弱化对线程的操作）②在主线程内用Thread.sleep(10000); 然而我们没法知道线程池内的任务到底要多久，sleep的数值一直要设置很大 ③找个方法获取线程池是否把任务执行完毕。毫无疑问第三种方法是最佳的。

　　获取任务是否完成，需要按照以下两个步骤执行。（假如有线程池threadPool）

　　1. 停止往线程池提交任务。调用threadPool.shutdown( ); 

　　2. 循环判断线程池是否空置。调用threadPool.isTerminated( );

      即可在Junit测试方法内，在添加完所有任务后，加上如下代码：

        threadPool.shutdown();
        while (true)
        {
            //如果任务已经执行完毕，则跳出循环
            if (threadPool.isTerminated())
            {
                break;
            }
            //主线程等待
            Thread.sleep(1000);
        }
        //彻底关闭线程池
        threadPool.shutdownNow();

由上述代码可见，使用线程池和使用Thread类进行提交没有太大的差异。JDK5提供了一个阻塞队列的，能够更好地模拟生产者-消费者模型。后续再进行总结。

以上为线程池的总结内容，如有错漏烦请指出纠正。