Java中使用阻塞隊(duì)列控制線程集實(shí)例
隊(duì)列以一種先進(jìn)先出的方式管理數(shù)據(jù)。如果你試圖向一個(gè)已經(jīng)滿了的阻塞隊(duì)列中添加一個(gè)元素,或是從一個(gè)空的阻塞隊(duì)列中移除一個(gè)元素,將導(dǎo)致線程阻塞。在多線程進(jìn)行合作時(shí),阻塞隊(duì)列是很有用的工具。工作者線程可以定期的把中間結(jié)果存到阻塞隊(duì)列中。而其他工作者線程把中間結(jié)果取出并在將來修改它們。隊(duì)列會(huì)自動(dòng)平衡負(fù)載。如果第一個(gè)線程集運(yùn)行的比第二個(gè)慢,則第二個(gè)線程集在等待結(jié)果時(shí)就會(huì)阻塞。如果第一個(gè)線程集運(yùn)行的快,那么它將等待第二個(gè)線程集趕上來。
下面的程序展示了如何使用阻塞隊(duì)列來控制線程集。程序在一個(gè)目錄及它的所有子目錄下搜索所有文件,打印出包含指定關(guān)鍵字的文件列表。
java.util.concurrent包提供了阻塞隊(duì)列的4個(gè)變種:LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、PriorityBlockingQueue和DelayQueue。我們用的是ArrayBlockingQueue。ArrayBlockingQueue在構(gòu)造時(shí)需要給定容量,并可以選擇是否需要公平性。如果公平參數(shù)被設(shè)置了,等待時(shí)間最長(zhǎng)的線程會(huì)優(yōu)先得到處理。通常,公平性會(huì)使你在性能上付出代價(jià),只有在的確非常需要的時(shí)候再使用它。
生產(chǎn)者線程枚舉在所有子目錄下的所有文件并把它們放到一個(gè)阻塞隊(duì)列中。這個(gè)操作很快,如果隊(duì)列沒有設(shè)上限的話,很快它就包含了沒有找到的文件。
我們同時(shí)還啟動(dòng)了大量的搜索線程。每個(gè)搜索線程從隊(duì)列中取出一個(gè)文件,打開它,打印出包含關(guān)鍵字的所有行,然后取出下一個(gè)文件。我們使用了一個(gè)小技巧來在工作結(jié)束后終止線程。為了發(fā)出完成信號(hào),枚舉線程把一個(gè)虛擬對(duì)象放入隊(duì)列。(這類似于在行李輸送帶上放一個(gè)寫著“最后一個(gè)包”的虛擬包。)當(dāng)搜索線程取到這個(gè)虛擬對(duì)象時(shí),就將其放回并終止。
注意,這里不需要人任何顯示的線程同步。在這個(gè)程序中,我們使用隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為一種同步機(jī)制。
import java.io.*;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;
public class BlockingQueueTest
{
public static void main(String[] args)
{
Scanner in = new Scanner(System.in);
System.out.print("Enter base directory (e.g. /usr/local/jdk1.6.0/src): ");
String directory = in.nextLine();
System.out.print("Enter keyword (e.g. volatile): ");
String keyword = in.nextLine();
final int FILE_QUEUE_SIZE = 10;
final int SEARCH_THREADS = 100;
BlockingQueue<File> queue = new ArrayBlockingQueue<File>(FILE_QUEUE_SIZE);
FileEnumerationTask enumerator = new FileEnumerationTask(queue, new File(directory));
new Thread(enumerator).start();
for (int i = 1; i <= SEARCH_THREADS; i++)
new Thread(new SearchTask(queue, keyword)).start();
}
}
/**
* This task enumerates all files in a directory and its subdirectories.
*/
class FileEnumerationTask implements Runnable
{
/**
* Constructs a FileEnumerationTask.
* @param queue the blocking queue to which the enumerated files are added
* @param startingDirectory the directory in which to start the enumeration
*/
public FileEnumerationTask(BlockingQueue<File> queue, File startingDirectory)
{
this.queue = queue;
this.startingDirectory = startingDirectory;
}
public void run()
{
try
{
enumerate(startingDirectory);
queue.put(DUMMY);
}
catch (InterruptedException e)
{
}
}
/**
* Recursively enumerates all files in a given directory and its subdirectories
* @param directory the directory in which to start
*/
public void enumerate(File directory) throws InterruptedException
{
File[] files = directory.listFiles();
for (File file : files)
{
if (file.isDirectory()) enumerate(file);
else queue.put(file);
}
}
public static File DUMMY = new File("");
private BlockingQueue<File> queue;
private File startingDirectory;
}
/**
* This task searches files for a given keyword.
*/
class SearchTask implements Runnable
{
/**
* Constructs a SearchTask.
* @param queue the queue from which to take files
* @param keyword the keyword to look for
*/
public SearchTask(BlockingQueue<File> queue, String keyword)
{
this.queue = queue;
this.keyword = keyword;
}
public void run()
{
try
{
boolean done = false;
while (!done)
{
File file = queue.take();
if (file == FileEnumerationTask.DUMMY)
{
queue.put(file);
done = true;
}
else search(file);
}
}
catch (IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
catch (InterruptedException e)
{
}
}
/**
* Searches a file for a given keyword and prints all matching lines.
* @param file the file to search
*/
public void search(File file) throws IOException
{
Scanner in = new Scanner(new FileInputStream(file));
int lineNumber = 0;
while (in.hasNextLine())
{
lineNumber++;
String line = in.nextLine().trim();
if (line.contains(keyword)) System.out.printf("%s:%d %s%n", file.getPath(), lineNumber, line);
}
in.close();
}
private BlockingQueue<File> queue;
private String keyword;
}
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