Java并发（具体实例）——几个例子

一步步优化页面渲染功能                                                          

      本节将模拟一个简单的页面渲染功能，它的作用是将HTML页面绘制到图像缓存中，为了简便，假设HTML文件只包含标签文本以及预订大小的图片和URL。

1、串行的页面渲染器

      最简单的实现方式是对HTML文档进行串行处理：先绘制文本，然后绘制图像，串行处理：

public class SingleThreadRenderer {
    void renderPage(CharSequence source) {
        renderText(source);
        List<ImageData> imageData = new ArrayList<ImageData>();
        for (ImageInfo imageInfo : scanForImageInfo(source))
            imageData.add(imageInfo.downloadImage());
        for (ImageData data : imageData)
            renderImage(data);
    }
}

　　这种实现方式有个问题，因为图像下载过程的大部分时间都是在等待I/O操作执行完成，在这期间CPU几乎不做任何工作。因此，这种执行方式没有充分地利用CPU，使得用户在看到最终页面之前要等待过长时间。通过将问题分解为多个独立的任务并发执行，能够活得更高的CPU利用率和响应灵敏度。

2、使用Future实现页面渲染器

      为了使页面渲染器实现更高的并发性，首先将渲染过程分解为两个任务，一个是渲染所有的文本，另一个是下载所有的图像（一个是CPU密集型，一个是I/O密集型）。Callable和Future有助于表示这种协同任务的交互，以下代码首先创建一个Callable来下载所有的图像，当主任务需要图像时，它会等待Future.get的调用结果。如果幸运的话，图像可能已经下载完成，即使没有，至少也已经提前开始下载。

public class FutureRenderer {
    private final ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();

    void renderPage(CharSequence source) {
        final List<ImageInfo> imageInfos = scanForImageInfo(source);
        Callable<List<ImageData>> task =
                new Callable<List<ImageData>>() {
                    public List<ImageData> call() {
                        List<ImageData> result = new ArrayList<ImageData>();
                        for (ImageInfo imageInfo : imageInfos)
                            result.add(imageInfo.downloadImage());
                        return result;
                    }
                };

        Future<List<ImageData>> future = executor.submit(task);
        renderText(source);

        try {
            List<ImageData> imageData = future.get();
            for (ImageData data : imageData)
                renderImage(data);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
            future.cancel(true);
        } catch (ExecutionException e) {
            throw launderThrowable(e.getCause());
        }
    }
}

　　当然，我们还可以优化，用户其实不需要等待所有图像下载完成，我们可以每下载完一张图像就立刻显示出来。

3、使用CompletionService实现页面渲染器

      要实现下载完一张就立刻绘制，我们需要及时知道图片下载完成，对于这种场景，CompletionService十分符合需求。CompletionService将生产新的异步任务与使用已完成任务的结果分离开来的服务。生产者 submit 执行的任务，使用者 take 已完成的任务，并按照完成这些任务的顺序处理它们的结果。下面的代码使用CompletionService改写了页面渲染器的实现：

public abstract class Renderer {
    private final ExecutorService executor;

    Renderer(ExecutorService executor) {
        this.executor = executor;
    }

    void renderPage(CharSequence source) {
        final List<ImageInfo> info = scanForImageInfo(source);
        CompletionService<ImageData> completionService =
                new ExecutorCompletionService<ImageData>(executor);
        for (final ImageInfo imageInfo : info)
            completionService.submit(new Callable<ImageData>() {
                public ImageData call() {
                    return imageInfo.downloadImage();
                }
            });

        renderText(source);

        try {
            for (int t = 0, n = info.size(); t < n; t++) {
                Future<ImageData> f = completionService.take();
                ImageData imageData = f.get();
                renderImage(imageData);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        } catch (ExecutionException e) {
            throw launderThrowable(e.getCause());
        }
    }
}

为任务设置时限                                                                       

      有时候，如果某个任务无法在指定时间内完成，那么将不再需要它的结果，此时可以放弃这个任务。例如，某个Web应用程序从外部的广告服务器上获取广告信息，但是如果该应用程序在两秒内得不到响应，那么将显示一个默认的广告页，这样即使不能活得广告信息，也不会降低站点的响应性能，对于这种需求，Future.get方法可以实现：

    Page renderPageWithAd() throws InterruptedException {
        long endNanos = System.nanoTime() + TIME_BUDGET;
        Future<Ad> f = exec.submit(new FetchAdTask());
        // Render the page while waiting for the ad
        Page page = renderPageBody();
        Ad ad;
        try {
            // Only wait for the remaining time budget
            long timeLeft = endNanos - System.nanoTime();
            ad = f.get(timeLeft, NANOSECONDS);
        } catch (ExecutionException e) {
            ad = DEFAULT_AD;
        } catch (TimeoutException e) {
            ad = DEFAULT_AD;
            f.cancel(true);
        }
        page.setAd(ad);
        return page;
    }

　　这种"预订时间"的方法可以很容易地扩展到任意数量的任务上，考虑这样一个旅行网站：用户输入旅行日期及要求，网站通过多种途径获取结果，此时，不应该让页面的响应时间受限于最慢的途径，而应该只显示在指定时间内收到的消息，我们可以通过使用支持限时的invokeAll，将多个任务提交到一个ExecutorService的方式实现这个需求：

public class TimeBudget {
    private static ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

    public List<TravelQuote> getRankedTravelQuotes(TravelInfo travelInfo, Set<TravelCompany> companies,
                                                   Comparator<TravelQuote> ranking, long time, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException {
        List<QuoteTask> tasks = new ArrayList<QuoteTask>();
        for (TravelCompany company : companies)
            tasks.add(new QuoteTask(company, travelInfo));

        List<Future<TravelQuote>> futures = exec.invokeAll(tasks, time, unit);

        List<TravelQuote> quotes =
                new ArrayList<TravelQuote>(tasks.size());
        Iterator<QuoteTask> taskIter = tasks.iterator();
        for (Future<TravelQuote> f : futures) {
            QuoteTask task = taskIter.next();
            try {
                quotes.add(f.get());
            } catch (ExecutionException e) {
                quotes.add(task.getFailureQuote(e.getCause()));
            } catch (CancellationException e) {
                quotes.add(task.getTimeoutQuote(e));
            }
        }

        Collections.sort(quotes, ranking);
        return quotes;
    }

}

class QuoteTask implements Callable<TravelQuote> {
    private final TravelCompany company;
    private final TravelInfo travelInfo;

    public QuoteTask(TravelCompany company, TravelInfo travelInfo) {
        this.company = company;
        this.travelInfo = travelInfo;
    }

    TravelQuote getFailureQuote(Throwable t) {
        return null;
    }

    TravelQuote getTimeoutQuote(CancellationException e) {
        return null;
    }

    public TravelQuote call() throws Exception {
        return company.solicitQuote(travelInfo);
    }
}

interface TravelCompany {
    TravelQuote solicitQuote(TravelInfo travelInfo) throws Exception;
}

interface TravelQuote {
}

interface TravelInfo {
}

      例子来自：《Java并发编程实战》