Java并发案例05---Master-Worker模式
Master-Worker 模式是常用的并行计算模式。它的核心思想是系统由两类进程协同工作，Master和Worker进程。Master负责接收和分配任务，Worker负责处理子任务。当各个Worker子进程处理完毕后，会将结果返回给Master，由Master做归纳和小结。其好处是能够将一个大任务分解成若干个小任务，并行执行，从而提高系统的吞吐量。
Master-Worker模式结构图
代码架构：
Master 负责接收和分配任务
Worker 负责处理子任务
Main 主函数，启动类
Master类
public class Master {
//1 有一个盛放任务的容器 1.任务不需要阻塞 2.性能高 3.线程安全,每一个worker来这里拿100个task，所以要考虑线程安全。
private ConcurrentLinkedQueue<Task> workQueue = new ConcurrentLinkedQueue<Task>();
//2 需要有一个盛放worker的集合 1.不存在多线程争抢场景
private HashMap<String, Thread> workers = new HashMap<String, Thread>();
//3 需要有一个盛放每一个worker执行任务的结果集合 结果集，多个worker并发回写操作
private ConcurrentHashMap<String, Object> resultMap = new ConcurrentHashMap<String, Object>();
//4 构造方法
public Master(Worker worker , int workerCount){
worker.setWorkQueue(this.workQueue);
worker.setResultMap(this.resultMap);
for(int i = 0; i < workerCount; i ++){
this.workers.put(Integer.toString(i), new Thread(worker));
}
}
//5 需要一个提交任务的方法
public void submit(Task task){
this.workQueue.add(task);
}
//6 需要有一个执行的方法，启动所有的worker方法去执行任务
public void execute(){
for(Map.Entry<String, Thread> me : workers.entrySet()){
me.getValue().start();
}
}
//7 判断是否运行结束的方法
public boolean isComplete() {
for(Map.Entry<String, Thread> me : workers.entrySet()){
if(me.getValue().getState() != Thread.State.TERMINATED){
return false;
}
}
return true;
}
//8 计算结果方法
public int getResult() {
int priceResult = 0;
for(Map.Entry<String, Object> me : resultMap.entrySet()){
priceResult += (Integer)me.getValue();
}
return priceResult;
}
}
需要说明的几点：
1.存放任务的容器，需要一个高并发，线程安全，性能好的容器，因为每一个Worker都回来这里取任务执行，存在线程安全问题，因此选择ConcurrentLinkedQueue。
2.存放结果的容器，同样，worker也持有他的引用，每一个worker做完事情后，会把结果写入这个map中，存在线程安全问题，所以采用ConcurrentHashMap。
3.存放worker的容器没有线程并发访问，只在worker中进行了遍历，不存在线程安全问题。
Worker类
public class Worker implements Runnable {
private ConcurrentLinkedQueue<Task> workQueue;
private ConcurrentHashMap<String, Object> resultMap;
public void setWorkQueue(ConcurrentLinkedQueue<Task> workQueue) {
this.workQueue = workQueue;
}
public void setResultMap(ConcurrentHashMap<String, Object> resultMap) {
this.resultMap = resultMap;
}
@Override
public void run() {
while(true){
Task input = this.workQueue.poll();
if(input == null) break;
Object output = handle(input);
System.out.println("当前线程"+Thread.currentThread().getName()+" 计算完毕"+ input);
this.resultMap.put(Integer.toString(input.getId()), output);
}
}
private Object handle(Task input) {
Object output = null;
try {
//处理任务的耗时。。 比如说进行操作数据库。。。
Thread.sleep(500);
output = input.getPrice();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return output;
}
}
Worker类需要实现Runnable接口
任务类
public class Task {
private int id;
private int price ;
public int getId() {
return id;
}
public void setId(int id) {
this.id = id;
}
public int getPrice() {
return price;
}
public void setPrice(int price) {
this.price = price;
}
@Override
public String toString() {
return "Task [id=" + id + ", price=" + price + "]";
}
}
任务类比较简单，不再敖述。
接下来是启动类
public class Main {
public static void main(String[] args) {
/**20个worker*/
Master master = new Master(new Worker(), 20);
Random r = new Random();
//100 个任务
for(int i = 1; i <= 1000; i++){
Task t = new Task();
t.setId(i);
t.setPrice(r.nextInt(1000));
//添加任务
master.submit(t);
}
//执行任务
master.execute();
long start = System.currentTimeMillis();
while(true){
if(master.isComplete()){
long end = System.currentTimeMillis() - start;
int priceResult = master.getResult();
System.out.println("最终结果：" + priceResult + ", 执行时间：" + end);
break;
}
}
}
}
运行结果如下
总结
Master-Worker模式是一种将串行任务并行化的方案，被分解的子任务在系统中可以被并行处理，同时，如果有需要，Master进程不需要等待所有子任务都完成计算，就可以根据已有的部分结果集计算最终结果集。
