池技术----线程池

诸如web服务器、数据库服务器、文件服务器和邮件服务器等许多服务器应用都面向处理来自某些远程来源的大量短小的任务。构建服务器应用程序的一个过于简单的模型是：每当一个请求到达就创建一个新的服务对象，然后在新的服务对象中为请求服务。但当有大量请求并发访问时，服务器不断的创建和销毁对象的开销很大。所以提高服务器效率的一个手段就是尽可能减少创建和销毁对象的次数，特别是一些很耗资源的对象创建和销毁，这样就引入了“池”的概念，“池”的概念使得人们可以定制一定量的资源，然后对这些资源进行复用，而不是频繁的创建和销毁。

线程池是预先创建线程的一种技术。线程池在还没有任务到来之前，创建一定数量的线程，放入空闲队列中。这些线程都是处于睡眠状态，即均为启动，不消耗CPU，而只是占用较小的内存空间。当请求到来之后，缓冲池给这次请求分配一个空闲线程，把请求传入此线程中运行，进行处理。当预先创建的线程都处于运行状态，即预制线程不够，线程池可以自由创建一定数量的新线程，用于处理更多的请求。当系统比较闲的时候，也可以通过移除一部分一直处于停用状态的线程。

线程池（Thread Pool）对于限制应用程序中同一时刻运行的线程数很有用。因为每启动一个新线程都会有相应的性能开销，每个线程都需要给栈分配一些内存等等。

我们可以把并发执行的任务传递给一个线程池，来替代为每个并发执行的任务都启动一个新的线程。只要池里有空闲的线程，任务就会分配给一个线程执行。在线程池的内部，任务被插入一个阻塞队列（Blocking Queue ），线程池里的线程会去取这个队列里的任务。当一个新任务插入队列时，一个空闲线程就会成功的从队列中取出任务并且执行它。

线程池经常应用在多线程服务器上。每个通过网络到达服务器的连接都被包装成一个任务并且传递给线程池。线程池的线程会并发的处理连接上的请求。

合理利用线程池能够带来三个好处。

　　第一：降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。

　　第二：提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。

　　第三：提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

一个线程池包括以下四个基本组成部分：
                1、线程池管理器（ThreadPool）：用于创建并管理线程池，包括 创建线程池，销毁线程池，添加新任务；
                2、工作线程（PoolWorker）：线程池中线程，在没有任务时处于等待状态，可以循环的执行任务；
                3、任务接口（Task）：每个任务必须实现的接口，以供工作线程调度任务的执行，它主要规定了任务的入口，任务执行完后的收尾工作，任务的执行状态等；
                4、任务队列（taskQueue）：用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。

基本代码如下：

package com.yc.action;

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

/**
 * 线程池类，线程管理器：创建线程，执行任务，销毁线程，获取线程基本信息
 * 1、线程池管理器（ThreadPool）：用于创建并管理线程池，包括 创建线程池，销毁线程池，添加新任务；
 * 2、工作线程（PoolWorker）：线程池中线程，在没有任务时处于等待状态，可以循环的执行任务；
 * 3、任务接口（Task）：每个任务必须实现的接口，以供工作线程调度任务的执行，它主要规定了任务的入口，任务执行完后的收尾工作，任务的执行状态等；
 * 4、任务队列（taskQueue）：用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。
 */
public final class ThreadPool {
    // 线程池中默认线程的个数为5
    private static int worker_num = 5;
    // 工作线程
    private WorkThread[] workThrads;
    // 未处理的任务
    private static volatile int finished_task = 0;
    // 任务队列，作为一个缓冲,List线程不安全
    private List<Runnable> taskQueue = new LinkedList<Runnable>();
    private static ThreadPool threadPool;

    // 创建具有默认线程个数的线程池
    private ThreadPool() {
        this(5);
    }

    // 创建线程池,worker_num为线程池中工作线程的个数
    private ThreadPool(int worker_num) {
        ThreadPool.worker_num = worker_num;
        workThrads = new WorkThread[worker_num];
        for (int i = 0; i < worker_num; i++) {
            workThrads[i] = new WorkThread();
            workThrads[i].start();// 开启线程池中的线程
        }
    }

    // 单态模式，获得一个默认线程个数的线程池
    public static ThreadPool getThreadPool() {
        return getThreadPool(ThreadPool.worker_num);
    }

    // 单态模式，获得一个指定线程个数的线程池,worker_num(>0)为线程池中工作线程的个数
    // worker_num<=0创建默认的工作线程个数
    public static ThreadPool getThreadPool(int worker_num1) {
        if (worker_num1 <= 0)
            worker_num1 = ThreadPool.worker_num;
        if (threadPool == null)
            threadPool = new ThreadPool(worker_num1);
        return threadPool;
    }

    // 执行任务,其实只是把任务加入任务队列，什么时候执行有线程池管理器觉定
    public void execute(Runnable task) {
        synchronized (taskQueue) {
            taskQueue.add(task);
            taskQueue.notify();
        }
    }

    // 批量执行任务,其实只是把任务加入任务队列，什么时候执行有线程池管理器觉定
    public void execute(Runnable[] task) {
        synchronized (taskQueue) {
            for (Runnable t : task)
                taskQueue.add(t);
            taskQueue.notify();
        }
    }

    // 批量执行任务,其实只是把任务加入任务队列，什么时候执行有线程池管理器觉定
    public void execute(List<Runnable> task) {
        synchronized (taskQueue) {
            for (Runnable t : task)
                taskQueue.add(t);
            taskQueue.notify();
        }
    }

    // 销毁线程池,该方法保证在所有任务都完成的情况下才销毁所有线程，否则等待任务完成才销毁
    public void destroy() {
        while (!taskQueue.isEmpty()) {// 如果还有任务没执行完成，就先睡会吧
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        // 工作线程停止工作，且置为null
        for (int i = 0; i < worker_num; i++) {
            workThrads[i].stopWorker();
            workThrads[i] = null;
        }
        threadPool=null;
        taskQueue.clear();// 清空任务队列
    }

    // 返回工作线程的个数
    public int getWorkThreadNumber() {
        return worker_num;
    }

    // 返回已完成任务的个数,这里的已完成是只出了任务队列的任务个数，可能该任务并没有实际执行完成
    public int getFinishedTasknumber() {
        return finished_task;
    }

    // 返回任务队列的长度，即还没处理的任务个数
    public int getWaitTasknumber() {
        return taskQueue.size();
    }

    // 覆盖toString方法，返回线程池信息：工作线程个数和已完成任务个数
    @Override
    public String toString() {
        return "WorkThread number:" + worker_num + "  finished task number:"
                + finished_task + "  wait task number:" + getWaitTasknumber();
    }

    /**
     * 内部类，工作线程
     */
    private class WorkThread extends Thread {
        // 该工作线程是否有效，用于结束该工作线程
        private boolean isRunning = true;

        /*
         * 关键所在啊，如果任务队列不空，则取出任务执行，若任务队列空，则等待
         */
        @Override
        public void run() {
            Runnable r = null;
            while (isRunning) {// 注意，若线程无效则自然结束run方法，该线程就没用了
                synchronized (taskQueue) {
                    while (isRunning && taskQueue.isEmpty()) {// 队列为空
                        try {
                            taskQueue.wait(5000);
                            System.out.println("yaoxiang");
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    if (!taskQueue.isEmpty())
                        r = taskQueue.remove(0);// 取出任务
                    System.out.println("yaobo:"+r);
                }
                if (r != null) {
                    r.run();// 执行任务
                }
                finished_task++;
                r = null;
            }
        }

        // 停止工作，让该线程自然执行完run方法，自然结束
        public void stopWorker() {
            isRunning = false;
        }
    }
}

测试代码：

package com.yc.action;

//测试线程池
public class TestThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建3个线程的线程池
        ThreadPool t = ThreadPool.getThreadPool(3);
        t.execute(new Runnable[] { new Task(), new Task(), new Task() });
        t.execute(new Runnable[] { new Task(), new Task(), new Task() });
        System.out.println(t);
        t.destroy();// 所有线程都执行完成才destory
        System.out.println(t);
    }

    // 任务类
    static class Task implements Runnable {
        private static volatile int i = 1;

        @Override
        public void run() {// 执行任务
            System.out.println("任务 " + (i++) + " 完成");
        }
    }
}

 注：

1 一个线程做完一个任务再做另外一个。
2：如果是不支持超线程的CPU，在同一时刻的确只能处理2个线程，但是并不意味着双核的CPU只能处理两个线程，它可以通过切换上下文来执行多个线程。比如我只有一个大脑，但是我要处理5个人提交的任务，我可以处理完A的事情后，把事情的中间结果保存下，然后再处理B的，然后再读取A的中间结果，处理A的事情。