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java 可重启线程及线程池类的设计(详解)

高洛峰

Jan 23, 2017 pm 04:18 PM

java 线程池

了解JAVA多线程编程的人都知道，要产生一个线程有两种方法，一是类直接继承Thread类并实现其run()方法；二是类实现Runnable接口并实现其run()方法，然后新建一个以该类为构造方法参数的Thread，类似于如下形式: Thread t=new Thread(myRunnable)。而最终使线程启动都是执行Thread类的start()方法。

在JAVA中，一个线程一旦运行完毕，即执行完其run()方法，就不可以重新启动了。此时这个线程对象也便成了无用对象，等待垃圾回收器的回收。下次想再启动这个线程时，必须重新new出一个线程对象再start之。频繁地创建和销毁对象不仅影响运行效率，还可能因无用线程对象来不及被回收而产生大量的垃圾内存，在存储空间和处理速度都相对受限的移动平台上这种影响尤为显著。那么，能否重新设计一种线程类，使其能够被反复启动而无需频繁地创建和销毁对象呢？

当然可以。下面我就介绍一下对这个“可重启线程”类的设计。

首先必须明确，如果仍是把想要线程去做的任务直接放在线程的run()方法中，是无论如何无法达成目的的，因为就像上面已经说的，JAVA的线程类一旦执行完run()方法就无法再启动了。所以唯一可行的办法是，把用户程序要做的run()方法（不妨称作“用户过程”）套在线程实际的run()方法内部的while循环体内，当用户过程执行完后使线程wait。当调用restart方法重启线程时，实际就是唤醒等待中的线程使之开始下一次while循环。大致的思想确定了，下面的代码就很好理解了：

public class ReusableThread implements Runnable {
 //线程状态监听者接口
 public interface ThreadStateListener {
  public abstract void onRunOver(ReusableThread thread);//当用户过程执行完毕后调用的方法
 }
   
 public static final byte STATE_READY=0; //线程已准备好，等待开始用户过程
 public static final byte STATE_STARTED=1; //用户过程已启动
 public static final byte STATE_DESTROYED=2; //线程最终销毁
   
 byte mState; //标示可重启线程的当前状态
   
 Thread mThread; //实际的主线程对象
 Runnable mProc; //用户过程的run()方法定义在mProc中
 ThreadStateListener mListener; //状态监听者，可以为null
   
 /** Creates a new instance of ReusableThread */
 public ReusableThread(Runnable proc) {
  mProc = proc;
  mListener = null;
  mThread = new Thread(this);
  mState = STATE_READY;
 }
   
 public byte getState() {return mState;}
   
 public void setStateListener(ThreadStateListener listener) {
  mListener = listener;
 }
   
 /**可以在处于等待状态时调用该方法重设用户过程*/
 public synchronized boolean setProcedure(Runnable proc) {
  if (mState == STATE_READY) {
   mProc = proc;
   return true;
  }
  else
   return false;
 }
   
 /**开始执行用户过程*/
 public synchronized boolean start() {
  if (mState == STATE_READY) {
   mState = STATE_STARTED;
   if (!mThread.isAlive()) mThread.start();
   notify(); //唤醒因用户过程执行结束而进入等待中的主线程
   return true;
  }
  else
   return false;
 }
   
 /**结束整个线程，销毁主线程对象。之后将不可再次启动*/
 public synchronized void destroy() {
  mState = STATE_DESTROYED;
  notify();
  mThread = null;
 }
   
 public void run() {
  while (true) {
   synchronized (this) {
    try {
     while (mState != STATE_STARTED) {
      if (mState == STATE_DESTROYED) return;
      wait();
     }
    } catch(Exception e) {e.printStackTrace();}
   }
     
   if (mProc != null) mProc.run();
   if (mListener != null) mListener.onRunOver(this); //当用户过程结束后，执行监听者的onRunOver方法
     
   synchronized (this) {
    if (mState == STATE_DESTROYED) return;
    mState = STATE_READY;
   }
  }
 }
   
}

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代码很好懂是不是？但是要解释一下为什么要有一个“状态监听者”接口。有时候我们可能想要在用户过程结束后得到一个及时的通知，好进行另外的处理，这时状态监听者的onRunOver方法就有了用处。一个直观的例子是，在下面要提到的“线程池”类中，一个可重启线程执行完一次用户过程后应当自动回收入池，这时就可以把回收入池的动作放在onRunOver方法中，而它的参数就是该可重启线程对象，于是就可以把参数所指示的对象回收进线程池中。

至于线程池类，其实就是以前提到的对象池类的一个子类，其中的对象全是ReusableThread类的。另外它实现了ReusableThread.ThreadStateListener接口，以便可以在用户过程结束时及时收到通知，执行回收线程的工作：

public class ThreadPool extends ObjectPool implements ReusableThread.ThreadStateListener {
 public static final int DefaultNumThreads = 16; //默认池容量
   
 public ReusableThread getThread() {
  return (ReusableThread)fetch();
 }
   
 public void onRunOver(ReusableThread thread) {
  recycle(thread); //当用户过程结束时，回收线程
 }
   
 private void init(int size) {
  ReusableThread thread;
  //初始化线程池内容
  for (int i=0; i<size; i++) {
   thread = new ReusableThread(null);
   thread.setStateListener(this);
   setElementAt(thread, i);
  }
 }
   
 public ThreadPool(int size) {
  super(size);
  init(size);
 }
   
 public ThreadPool() {
  super(DefaultNumThreads);
  init(DefaultNumThreads);
 }
   
}

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当然，还有一些可能需要添加的功能，因为既然只是比普通线程多了一个可重启的“增强”型线程类，那么原来Thread类具有的功能也应该具有，比如线程的sleep()。不过那些比较简单，这里就略去了。

下面编写测试程序。我准备这样进行：并不用到线程池类，而是对对象池类和可重启线程类进行联合测试，该对象池中的对象所属的类CharEmitter实现了Runnable接口和线程状态监听者接口，并且含有一个可重启线程成员对象，它并不包含在任何线程池对象中，而是独立使用的。当此线程的用户过程（定义在CharEmitter类中）结束后，onRunOver方法执行回收本CharEmitter对象入池的动作。这样就同时起到了间接测试线程池类的作用，因为它与对象池的区别也不过是在onRunOver中执行回收动作而已。

还是直接上代码说得清楚：

TestThreadPool.java :

/**字符放射器*/
class CharEmitter implements Runnable, ReusableThread.ThreadStateListener {
 char c; //被发射的字符
 boolean[] isEmitting; //标示某字符是否正被发射（直接以字符对应的ASCII码作下标索引）
  
 ReusableThread thread; //可重启线程对象
  
 ObjectPool myHomePool; //为知道应把自己回收到哪里，需要保存一个到自己所在对象池的引用
  
 CharEmitter(ObjectPool container, boolean[] isCharEmitting) {
  isEmitting=isCharEmitting;
  myHomePool=container;
  thread=new ReusableThread(this); //新建可重启线程对象，设其用户过程为CharEmitter类自己定义的
 }
  
 /**开始“发射”字符*/
 public void emit(char ch) {
  //字符被要求只能是&#39;0&#39;到&#39;9&#39;之间的数字字符
  if (ch>=&#39;0&#39; && ch<=&#39;9&#39;) {
   c=ch;
  }
  else c=&#39; &#39;;
   
  thread.start(); //启动线程
 }
  
 public void run() {
  if (c==&#39; &#39;) return; //若不是数字字符直接结束
  //为便于观察，不同数字之前的空格数目不同，以便将其排在不同列上
  int spaceLen=c-&#39;0&#39;;
  StringBuffer s=new StringBuffer(spaceLen+1);
  for (int i=0; i<spaceLen; i++) s.append(&#39; &#39;);
  s.append(c);
   
  while (isEmitting[c]) {
    System.out.println(s); //不断地向屏幕写字符
  }
 }
  
/**实现线程状态监听者接口中的方法*/
 public void onRunOver(ReusableThread t) {
  myHomePool.recycle(this); //回收自身入池
 }
}
  
  
  
public class TestThreadPool {
  
public static void main(String[] args) {
 // TODO Auto-generated method stub
 //标示字符是否正被发射的标志变量数组
 boolean[] isEmitting=new boolean[256];
 for (int i=0; i<256; i++) isEmitting[i]=false;
   
 ObjectPool emitters=new ObjectPool(10); //新建对象池，容量为10
 for (int i=0; i<10; i++) {
 //用CharEmitter对象填满池子
 emitters.setElementAt(new CharEmitter(emitters, isEmitting), i);
 }
   
 byte[] c=new byte[1];
 CharEmitter emitter;
   
 while(true) {
 try {
 System.in.read(c); //从键盘读入一个字符，以回车键表示输入结束
 } catch(Exception e) {e.printStackTrace();}
   
 if (isEmitting[c[0]]) {
 isEmitting[c[0]]=false; //若字符正被发射，则结束其发射
 }
 else {
 isEmitting[c[0]]=true;
 emitter=(CharEmitter)emitters.fetch(); //向池中索取一个CharEmitter对象
 emitter.emit((char)c[0]); //发射用户输入的字符
 }
 }
}
  
}