Thinking in Java from Chapter 21
From Thinking in Java 4th Edition
并发
线程可以驱动任务，因此你需要一种描述任务的方式，这可由Runnable接口来提供。
要想定义任务，只需要实现Runnable接口，并编写run()方法，使得该任务可以执行你的命令。
public class LiftOff implements Runnable {
protected int countDown = 10; // Default
private static int taskCount = 0;
private final int id = taskCount++;
public LiftOff() {}
public LiftOff(int countDown){
this.countDown = countDown;
}
public String status(){
return "#" + id + "(" + (countDown > 0 ? countDown : "LiftOff!") + "). ";
}
public void run(){
while(countDown-- > 0){
System.out.println(status());
Thread.yield();
}
}
}
从Runnable导出一个类时，它必须具有run()方法，但是它不会产生任何内在的线程能力。要实现线程行为，你必须显式地将一个任务附着到线程上。
将Runnable对象转变为工作任务的传统方式是把它提交给一个Thread构造器：
public class BasicThread {
public static void main(String[] args){
Thread t = new Thread(new LiftOff());
t.start();
System.out.println("Waiting for LiftOff");
}
} /* Output:
Waiting for LiftOff
#0(9), #0(8), #0(7), #0(6), #0(5), #0(4), #0(3), #0(2), #0(1), #0(LiftOff!),
*/
Thread构造器只需要一个Runnable对象。
1. 调用Thread对象的start()方法为该线程执行必要的初始化操作。
2. 调用Runnable对象的run()方法，以便在这个新线程中启动该任务。
从输出可以看出start()方法迅速返回了，因为"Waiting for LiftOff"消息在倒计时完成之前就出现了。
实际上你产生的是对LiftOff.run()方法的调用，并且这个方法还没完成，但是因为LiftOff.run()是由不同的线程执行的，因此你仍旧可以执行main()线程中的其他操作。
如果添加更多的线程去驱动更多的任务，就可以看到所有任务彼此之间是如何呼应的：
public class MoreBasicThreads {
public static void main(String[] args){
for(int i = 0; i < 5; ++i)
new Thread(new LiftOff()).start();
System.out.println("Waiting for LiftOff");
}
} /* Output:
Waiting for LiftOff
#3(9), #1(9), #3(8), #1(8), #3(7), #1(7), #1(6), #1(5),
#1(4), #1(3), #1(2), #1(1), #1(LiftOff!), #4(9), #4(8),
#4(7), #4(6), #2(9), #2(8), #2(7), #2(6), #2(5), #2(4),
#2(3), #2(2), #2(1), #2(LiftOff!), #0(9), #4(5), #3(6),
#4(4), #3(5), #4(3), #3(4), #4(2), #3(3), #4(1), #3(2),
#4(LiftOff!), #0(8), #3(1), #0(7), #3(LiftOff!), #0(6),
#0(5), #0(4), #0(3), #0(2), #0(1), #0(LiftOff!),
*/
使用Executor
Executor在客户端和任务执行之间提供了一个间接层；与客户端直接执行任务不同，这个中介对象将执行任务。
Executor用来代替MoreBasicThreads.java中显式创建Thread对象。
ExecutorService知道如何构建上下文来执行Runnable对象。
import java.util.concurrent.*;
public class CachedThreadPool {
public static void main(String[] args){
ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool(); // No space between new and Cached
for(int i = 0; i < 5; ++i)
exec.execute(new LiftOff());
exec.shutdown();
}
} /* Output:
#0(9), #2(9), #0(8), #1(9), #0(7), #0(6), #0(5), #0(4),
#0(3), #0(2), #0(1), #0(LiftOff!), #2(8), #1(8), #3(9),
#2(7), #1(7), #3(8), #2(6), #1(6), #3(7), #2(5), #2(4),
#4(9), #3(6), #1(5), #3(5), #1(4), #1(3), #1(2), #1(1),
#1(LiftOff!), #4(8), #2(3), #4(7), #4(6), #3(4), #4(5),
#3(3), #4(4), #3(2), #4(3), #3(1), #4(2), #2(2), #4(1),
#4(LiftOff!), #3(LiftOff!), #2(1), #2(LiftOff!),
*/
上例中，CachedThreadPool将为每个任务都创建一个线程。
ExecutorService对象是使用静态的Executor方法创建的，这个方法可以确定其Executor类型。
常见的情况是，Executor被用来创建和管理系统中的所有的任务。
对shutdown()方法的调用可以防止新任务被提交给这个Executor，当前任务(本例中为main的线程)将继续运行在shutdown()被调用之前提交的所有任务。
下面的程序展示了CachedThreadPool替换为不同类型的Executor。FixedThreadPool使用了有限的线程集来执行所提交的任务
import java.util.concurrent.*;
public class FixedThreadPool {
public static void main(String[] args){
// Constructor argument is number of threads:
ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(5);
for(int i = 0; i < 5; ++i)
exec.execute(new LiftOff());
exec.shutdown();
}
} /* Output:
#0(9), #2(9), #4(9), #0(8), #2(8), #3(9), #1(9), #1(8),
#0(7), #4(8), #0(6), #4(7), #0(5), #4(6), #4(5), #4(4),
#4(3), #4(2), #4(1), #4(LiftOff!), #1(7), #1(6), #1(5),
#1(4), #1(3), #1(2), #1(1), #1(LiftOff!), #3(8), #2(7),
#0(4), #3(7), #2(6), #0(3), #3(6), #2(5), #0(2), #3(5),
#0(1), #3(4), #2(4), #0(LiftOff!), #3(3), #2(3), #3(2),
#2(2), #3(1), #2(1), #3(LiftOff!), #2(LiftOff!),
*/
有了FixedThreadPool，你就可以一次性预先执行代价高昂的线程分配。这可以节省时间，因为你不用为每个任务都固定地付出创建线程的开销。
SingleThreadExecutor就像是线程数量为1的FixedThreadPool。如果向SingleThreadExecutor提交了多个任务，那么这些任务将排队，每个任务都会在下一个任务开始之前结束，所有的任务将使用相同的线程。
下例中可以看到每个任务都是按照它们被提交的顺序、并且是在下一个任务开始之前完成的。因此SingleThreadExecutor会序列化所有提交给它们的任务，并会维护它自己（隐藏）的悬挂任务。
import java.util.concurrent.*;
public class SingleThreadExecutor {
public static void main(String[] args){
ExecutorService exec = Executors.newSingleThreadExecutor();
for(int i = 0; i < 5; ++i)
exec.execute(new LiftOff());
exec.shutdown();
}
} /* Output:
#0(9), #0(8), #0(7), #0(6), #0(5), #0(4), #0(3), #0(2), #0(1), #0(LiftOff!),
#1(9), #1(8), #1(7), #1(6), #1(5), #1(4), #1(3), #1(2), #1(1), #1(LiftOff!),
#2(9), #2(8), #2(7), #2(6), #2(5), #2(4), #2(3), #2(2), #2(1), #2(LiftOff!),
#3(9), #3(8), #3(7), #3(6), #3(5), #3(4), #3(3), #3(2), #3(1), #3(LiftOff!),
#4(9), #4(8), #4(7), #4(6), #4(5), #4(4), #4(3), #4(2), #4(1), #4(LiftOff!),
*/
从任务中返回值
Runnable是执行工作的独立任务，但是它不返回任何值。如果希望能够返回值，则必须实现Callable接口而不是Runnable接口。
Callable是一种具有类型参数的泛型，它的类型参数表示的是从方法call()中返回的值，并且必须使用ExecutorService.submit()方法调用它：
import java.util.concurrent.*;
import java.util.*;
class TaskWithResult implements Callable<String> {
private int id;
public TaskWithResult(int id){
this.id = id;
}
public String call() {
return "result of TaskWithResult " + id;
}
}
public class CallableDemo {
public static void main(String[] args){
ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
ArrayList<Future<String>> results = new ArrayList<Future<String>>();
for(int i = 0; i < 10; ++i)
results.add(exec.submit(new TaskWithResult(i)));
for(Future<String> fs : results)
try {
// get() blocks until completion:
System.out.println(fs.get());
} catch(InterruptedException e){
System.out.println(e);
return;
} catch(ExecutionException e) {
System.out.println(e);
} finally {
exec.shutdown();
}
}
} /* Output:
result of TaskWithResult 0
result of TaskWithResult 1
result of TaskWithResult 2
result of TaskWithResult 3
result of TaskWithResult 4
result of TaskWithResult 5
result of TaskWithResult 6
result of TaskWithResult 7
result of TaskWithResult 8
result of TaskWithResult 9
*/
submit()方法会产生Future对象，它用Callable返回结果的特定类型进行了参数化 。
1. 可以用isDone()方法来查看Future是否完成
2. 任务完成时，可以调用get()方法来获取该结果
也可以不用isDone()进行检查就直接调用get()，这种情况下，get()将阻塞直至结果准备就绪。
休眠
影响任务行为的一种简单方法是调用sleep()，这将使任务中止执行给定的时间。
在LiftOff类中，把yield()的调用换成sleep()将得到：
import java.util.concurrent.*;
public class SleepingTask extends LiftOff {
public void run(){
try {
while(countDown-- > 0){
System.out.print(status());
// Old-style
// Thread.sleep(100);
// Java SE5/6-style:
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
}
} catch(InterruptedException e) {
System.err.println("Interrupted");
}
}
public static void main(String[] args){
ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
for(int i = 0; i < 5; ++i)
exec.execute(new SleepingTask());
exec.shutdown();
}
} /* Output:
#0(9), #3(9), #1(9), #4(9), #2(9),
#0(8), #3(8), #1(8), #2(8), #4(8),
#0(7), #4(7), #2(7), #3(7), #1(7),
#4(6), #0(6), #3(6), #1(6), #2(6),
#4(5), #3(5), #2(5), #0(5), #1(5),
#4(4), #3(4), #2(4), #1(4), #0(4),
#4(3), #2(3), #3(3), #0(3), #1(3),
#4(2), #2(2), #0(2), #3(2), #1(2),
#4(1), #2(1), #0(1), #3(1), #1(1),
#4(LiftOff!), #2(LiftOff!), #0(LiftOff!), #3(LiftOff!), #1(LiftOff!),
*/
sleep()调用可以抛出InterruptedException异常，并可以看到，它在run()中捕获。因为异常不能跨线程传播回main()，所以你必须在本地处理所有在任务内部产生的异常。
优先级
调度器将倾向于让优先权最高的线程先执行，然而，这并不意味着优先权较低的线程将得不到执行（也就是说，优先权不会导致死锁）。优先级较低的线程仅仅是执行的频率较低。
绝大多数时间里，所有线程都应该按照默认的优先级运行。试图操纵线程的优先级通常是一种错误。
可以用getPriority()来读取现有线程的优先级，并且在任何时候都可以通过setPriority()来修改它：
import java.util.concurrent.*;
public class SimplePriorities implements Runnable {
private int countDown = 5;
private volatile double d; // No optimization
private int priority;
public SimplePriorities(int priority){
this.priority = priority;
}
public String toString(){
return Thread.currentThread() + ": " + countDown;
}
public void run(){
Thread.currentThread().setPriority(priority);
while(true){
// An expensive, interruptable operation:
for(int i = 1; i < 100000; ++i){
d += (Math.PI + Math.E) / (double)i;
if(0 == i % 1000)
Thread.yield();
}
System.out.println(this);
if(0 == --countDown) return;
}
}
public static void main(String[] args){
ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
for(int i = 0; i < 5; ++i)
exec.execute(new SimplePriorities(Thread.MIN_PRIORITY));
exec.execute(new SimplePriorities(Thread.MAX_PRIORITY));
exec.shutdown();
}
}
让步
如果知道已经完成了在run()方法的循环的一次迭代过程中所需的工作，就可以给线程调度机制一个暗示：你的工作已经做得差不多了，可以让别的线程使用CPU了。这个暗示将通过yield()方法做出（不过这只是一个暗示，没有任何机制保证它将会被采纳）。
当调用yield()时，你也在建议具有相同优先级的其他线程可以运行。
后台线程
后台(daemon)线程，是指在程序运行的时候在后台提供一种通用服务的线程，并且这种线程并不属于程序中不可缺少的部分。
当所有非后台线程结束时，程序也就终止了，同时会杀死进程中的所有后台线程。
反过来，只要有非后台线程还在运行，程序就不会终止：
import java.util.concurrent.*;
import static net.mindview.util.Print.*;
public class SimpleDaemons implements Runnable {
public void run(){
try {
while(true) {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
print(Thread.currentThread() + " " + this);
}
} catch(InterruptedException e) {
print("sleep() interrupted");
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
for(int i = 0; i < 10; ++i){
Thread daemon = new Thread(new SimpleDaemons());
daemon.setDaemon(true); // Must call before start()
daemon.start();
}
print("All daemons started");
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(175);
}
} /* Output:
All daemons started
Thread[Thread-4,5,main] SimpleDaemons@187a0b5
Thread[Thread-2,5,main] SimpleDaemons@153c85c
Thread[Thread-3,5,main] SimpleDaemons@23fc9c
Thread[Thread-8,5,main] SimpleDaemons@b211be
Thread[Thread-0,5,main] SimpleDaemons@11f65e4
Thread[Thread-1,5,main] SimpleDaemons@15332f2
Thread[Thread-9,5,main] SimpleDaemons@1da14a7
Thread[Thread-7,5,main] SimpleDaemons@16b9e5b
Thread[Thread-5,5,main] SimpleDaemons@1bbee70
Thread[Thread-6,5,main] SimpleDaemons@1cbca8d
*/
SimpleDaemons.java创建了显示的线程，以便可以设置它们的后台标志。通过编写定制的ThreadFactory可以定制由Executor创建的线程的属性(后台、优先级、名称)：
package net.mindview.util;
import java.util.concurrent.*;
public class DaemonThreadFactory implements ThreadFactory {
public Thread newThread(Runnable r) {
Thread t = new Thread(r);
t.setDaemon(true);
return t;
}
}
现在可以用一个新的DaemonThreadFactory作为参数传递给Executor.newCachedThreadPool()：
package net.mindview.util;
import java.util.concurrent.*;
public class DaemonThreadFactory implements ThreadFactory {
public Thread newThread(Runnable r) {
Thread t = new Thread(r);
t.setDaemon(true);
return t;
}
}
// Using a Thread Factory to create daemons.
import java.util.concurrent.*;
import net.mindview.util.*;
import static net.mindview.util.Print.*;
public class DaemonFromFactory implements Runnable {
public void run(){
try {
while(true){
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
print(Thread.currentThread() + " " + this);
}
} catch(InterruptedException e){
print("Interrupted");
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
ExecutorService exec = Executor.newCachedThreadPool(new DaemonThreadFactory());
for(int i = 0; i < 10; ++i)
exec.execute(new DaemonFromFactory());
print("All daemons started");
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500); // Run for a while
}
} /* Output
All daemons started
Thread[Thread-0,5,main] DaemonFromFactory@c01009
Thread[Thread-9,5,main] DaemonFromFactory@1bd343
Thread[Thread-7,5,main] DaemonFromFactory@7c321a
Thread[Thread-5,5,main] DaemonFromFactory@c79e29
Thread[Thread-3,5,main] DaemonFromFactory@279922
Thread[Thread-1,5,main] DaemonFromFactory@1fcb7ef
Thread[Thread-8,5,main] DaemonFromFactory@7e3dfb
Thread[Thread-2,5,main] DaemonFromFactory@1415cb9
Thread[Thread-4,5,main] DaemonFromFactory@334426
Thread[Thread-6,5,main] DaemonFromFactory@15226d3
Thread[Thread-0,5,main] DaemonFromFactory@c01009
Thread[Thread-9,5,main] DaemonFromFactory@1bd343
....
*/
每个静态的ExecutorService创建方法都被重载为接受一个ThreadFactory对象，而这个对象将被用来创建新的线程：
package net.mindview.util;
import java.util.concurrent.*;
public class DaemonThreadPoolExecutor extends ThreadPoolExecutor {
public DaemonThreadPoolExecutor() {
super(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit, SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>(), new DaemonThradFactory());
}
}
可以通过iDaemon()方法来确定线程是否是一个后台线程。如果是一个后台线程，那么它创建的任何线程将自动被设置成后台线程。
// Daemon threads spawn other daemon threads.
import java.util.concurrent.*;
import static net.mindview.util.Print.*;
class Daemon implements Runnable {
private Thread[] t = new Thread[10];
public void run() {
for(int i = 0; i < t.length; ++i){
t[i] = new Thread(new DaemonSpawn());
t[i].start();
printnb("DaemonSpawn " + i + " started, ");
}
for(int i = 0; i < t.length; ++i)
printnb("t[" + i + "].isDaemon() = " + t[i].isDaemon() + ", ");
while(true)
Thread.yield();
}
}
class DaemonSpawn implements Runnable {
public void run(){
while(true)
Thread.yield();
}
}
public class Daemons {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Thread d = new Thread(new Daemon());
d.setDaemon(true);
d.start();
printnb("d.isDaemon() = " + d.isDaemon() + ", ");
// Allow the daemon threads to
// finish their startup processes:
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
}
} /* Output:
d.isDaemon() = true,
DaemonSpawn 0 started,
DaemonSpawn 1 started,
DaemonSpawn 2 started,
DaemonSpawn 3 started,
DaemonSpawn 4 started,
DaemonSpawn 5 started,
DaemonSpawn 6 started,
DaemonSpawn 7 started,
DaemonSpawn 8 started,
DaemonSpawn 9 started,
t[0].isDaemon() = true,
t[1].isDaemon() = true,
t[2].isDaemon() = true,
t[3].isDaemon() = true,
t[4].isDaemon() = true,
t[5].isDaemon() = true,
t[6].isDaemon() = true,
t[7].isDaemon() = true,
t[8].isDaemon() = true,
t[9].isDaemon() = true,
*/
应该意识到后台进程在不执行finally子句的情况下就会终止其run()方法：
// Daemon threads don't run the finally clause
import java.util.concurrent.*;
import static net.mindview.util.Print.*;
class ADaemon implements Runnable {
public void run() {
try {
print("Starting ADaemon");
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch(InterruptedException e){
print("Exiting via InterruptedException");
} finally {
print("This should always run?");
}
}
}
public class DaemonsDontRunFinally {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Thread t = new Thread(new ADaemon());
t.setDaemon(true);
t.start();
}
} /* Output:
Starting ADaemon
*/
目前的示例中，都是实现了Runnable。在非常简单的情况下，你可能会希望使用直接从Thread继承这种可替换的方式：
public class SimpleThread extends Thread {
private int countDown = 5;
private static int threadCount = 0;
public SimpleThread() {
// Store the thread name:
super(Integer.toString(++threadCount));
start();
}
public String toString() {
return "#" + getName() + "(" + countDown + "), ";
}
public void run() {
while(true){
System.out.print(this);
if(0 == --countDown)
return;
}
}
public static void main(String[] args){
for(int i = 0; i < 5; ++i)
new SimpleThread();
}
} /* Output:
#2(5), #2(4), #2(3), #2(2), #2(1),
#4(5), #4(4), #4(3), #4(2), #4(1),
#5(5), #5(4), #5(3), #5(2), #5(1),
#3(5), #3(4), #3(3), #3(2), #3(1),
#1(5), #1(4), #1(3), #1(2), #1(1),
*/
你可以通过适当的Thread构造器为Thread对象赋予具体的名称，这个名称可以通过使用getName()从toString()中获得。
另一种可能会看到的惯用法是自管理的Runnable:
// A Runnable containing its own driver Thread.
public class SelfManaged implements Runnable {
private int countDown = 5;
private Thread t = new Thread(this);
public SelfManaged() {t.start();}
public String toString() {
return Thread.currentThread().getName() + "(" + countDown + "), ";
}
public void run() {
while(true){
System.out.print(this);
if(0 == --countDown)
return;
}
}
public static void main(String[] args){
for(int i = 0; i < 5; ++i)
new SelfManaged();
}
} /* Output:
Thread-3(5), Thread-3(4), Thread-3(3), Thread-3(2), Thread-3(1),
Thread-5(5), Thread-5(4), Thread-5(3), Thread-5(2), Thread-5(1),
Thread-6(5), Thread-6(4), Thread-6(3), Thread-6(2), Thread-6(1),
Thread-4(5), Thread-4(4), Thread-4(3), Thread-4(2), Thread-4(1),
Thread-7(5), Thread-7(4), Thread-7(3), Thread-7(2), Thread-7(1),
*/
这与从Thread继承并没有什么特别的差异，只是语法稍微晦涩一些。但是，实现接口使得你可以继承另一个不同的类，而从Thread继承将不行。
注意，这个示例中的start()是在构造器中调用的。应该意识到，在构造器中启动线程可能会变得很有问题，因为另一个任务可能会在构造器结束之前开始执行，这意味着该任务能够访问处于不稳定状态的对象。这是优选Executor而不是显式地创建Thread对象的另一个原因。
有时，通过使用内部类来讲线程代码隐藏在类中将会很有用：
