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使用Java多线程实现任务分发

    多线程下载由来已久,如 FlashGet、NetAnts 等工具,它们都是依懒于 HTTP 协议的支持(Range 字段指定请求内容范围),首先能读取出请求内容 (即欲下载的文件) 的大小,划分出若干区块,把区块分段分发给每个线程去下载,线程从本段起始处下载数据及至段尾,多个线程下载的内容最终会写入到同一个文件中。

    只研究有用的,工作中的需求:要把多个任务分派给Java的多个线程去执行,这其中就会有一个任务列表指派到线程的策略思考:已知:1. 一个待执行的任务列表,2. 指定要启动的线程数;问题是:每个线程实际要执行哪些任务。

    使用Java多线程实现这种任务分发的策略是:任务列表连续按线程数分段,先保证每线程平均能分配到的任务数,余下的任务从前至后依次附加到线程中——只是数量上,实际每个线程执行的任务都还是连续的。如果出现那种僧多(线程) 粥(任务) 少的情况,实际启动的线程数就等于任务数,一挑一。这里只实现了每个线程各扫自家门前雪,动作快的完成后眼见别的线程再累都是爱莫能助。

    实现及演示代码如下:由三个类实现,写在了一个 Java 文件中:TaskDistributor 为任务分发器,Task 为待执行的任务,WorkThread 为自定的工作线程。代码中运用了命令模式,如若能配以监听器,用上观察者模式来控制 UI 显示就更绝妙不过了,就能实现像下载中的区块着色跳跃的动感了,在此定义下一步的着眼点了。

    代码中有较为详细的注释,看这些注释和执行结果就很容易理解的。main() 是测试方法

package com.unmi.common;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* 指派任务列表给线程的分发器
* @author Unmi
* QQ: 1125535 Email: [email protected]
* MSN: [email protected] 2008-03-25
*/
public class TaskDistributor {
/**
* 测试方法
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
//初始化要执行的任务列表
List taskList = new ArrayList();
for (int i = 0; i < 108; i++) {
taskList.add(new Task(i));
}
//设定要启动的工作线程数为 5 个
int threadCount = 5;
List[] taskListPerThread = distributeTasks(taskList, threadCount);
System.out.println("实际要启动的工作线程数:"+taskListPerThread.length);
for (int i = 0; i < taskListPerThread.length; i++) {
Thread workThread = new WorkThread(taskListPerThread[i],i);
workThread.start();
}
}
/**
* 把 List 中的任务分配给每个线程,先平均分配,剩于的依次附加给前面的线程
* 返回的数组有多少个元素 (List) 就表明将启动多少个工作线程
* @param taskList 待分派的任务列表
* @param threadCount 线程数
* @return 列表的数组,每个元素中存有该线程要执行的任务列表
*/
public static List[] distributeTasks(List taskList, int threadCount) {
// 每个线程至少要执行的任务数,假如不为零则表示每个线程都会分配到任务
int minTaskCount = taskList.size() / threadCount;
// 平均分配后还剩下的任务数,不为零则还有任务依个附加到前面的线程中
int remainTaskCount = taskList.size() % threadCount;
// 实际要启动的线程数,如果工作线程比任务还多
// 自然只需要启动与任务相同个数的工作线程,一对一的执行
// 毕竟不打算实现了线程池,所以用不着预先初始化好休眠的线程
int actualThreadCount = minTaskCount > 0 ? threadCount : remainTaskCount;
// 要启动的线程数组,以及每个线程要执行的任务列表
List[] taskListPerThread = new List[actualThreadCount];
int taskIndex = 0;
//平均分配后多余任务,每附加给一个线程后的剩余数,重新声明与 remainTaskCount
//相同的变量,不然会在执行中改变 remainTaskCount 原有值,产生麻烦
int remainIndces = remainTaskCount;
for (int i = 0; i < taskListPerThread.length; i++) {
taskListPerThread[i] = new ArrayList();
// 如果大于零,线程要分配到基本的任务
if (minTaskCount > 0) {
for (int j = taskIndex; j < minTaskCount + taskIndex; j++) {
taskListPerThread[i].add(taskList.get(j));
}
taskIndex += minTaskCount;
}
// 假如还有剩下的,则补一个到这个线程中
if (remainIndces > 0) {
taskListPerThread[i].add(taskList.get(taskIndex++));
remainIndces--;
}
}
// 打印任务的分配情况
for (int i = 0; i < taskListPerThread.length; i++) {
System.out.println("线程 " + i + " 的任务数:" +

taskListPerThread[i].size() + " 区间["
+ taskListPerThread[i].get(0).getTaskId() + ","
+ taskListPerThread[i].get(taskListPerThread[i].size() - 1).getTaskId() + "]");
}
return taskListPerThread;
}
}
/**
* 要执行的任务,可在执行时改变它的某个状态或调用它的某个操作
* 例如任务有三个状态,就绪,运行,完成,默认为就绪态
* 要进一步完善,可为 Task 加上状态变迁的监听器,因之决定UI的显示
*/
class Task {
public static final int READY = 0;
public static final int RUNNING = 1;
public static final int FINISHED = 2;
private int status;
//声明一个任务的自有业务含义的变量,用于标识任务
private int taskId;
//任务的初始化方法
public Task(int taskId){
this.status = READY;
this.taskId = taskId;
}
/**
* 执行任务
*/
public void execute() {
// 设置状态为运行中
setStatus(Task.RUNNING);
System.out.println("当前线程 ID 是:" + Thread.currentThread().getName()
+" | 任务 ID 是:"+this.taskId);
// 附加一个延时
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 执行完成,改状态为完成
setStatus(FINISHED);
}
public void setStatus(int status) {
this.status = status;
}
public int getTaskId() {
return taskId;
}
}
/**
* 自定义的工作线程,持有分派给它执行的任务列表
*/
class WorkThread extends Thread {
//本线程待执行的任务列表,你也可以指为任务索引的起始值
private List taskList = null;
private int threadId;
/**
* 构造工作线程,为其指派任务列表,及命名线程 ID
* @param taskList 欲执行的任务列表
* @param threadId 线程 ID
*/
public WorkThread(List taskList,int threadId) {
this.taskList = taskList;
this.threadId = threadId;
}
/**
* 执行被指派的所有任务
*/
public void run() {
for (Task task : taskList) {
task.execute();
}
}
}

    执行结果如下,注意观察每个Java多线程分配到的任务数量及区间。直到所有的线程完成了所分配到的任务后程序结束:

线程 0 的任务数:22 区间[0,21]
线程 1 的任务数:22 区间[22,43]
线程 2 的任务数:22 区间[44,65]
线程 3 的任务数:21 区间[66,86]
线程 4 的任务数:21 区间[87,107]
实际要启动的工作线程数:5
当前线程 ID 是:Thread-0 | 任务 ID 是:0
当前线程 ID 是:Thread-1 | 任务 ID 是:22
当前线程 ID 是:Thread-2 | 任务 ID 是:44
当前线程 ID 是:Thread-3 | 任务 ID 是:66
当前线程 ID 是:Thread-4 | 任务 ID 是:87
当前线程 ID 是:Thread-0 | 任务 ID 是:1
当前线程 ID 是:Thread-1 | 任务 ID 是:23
当前线程 ID 是:Thread-2 | 任务 ID 是:45

    上面坦白来只算是基本功夫,贴出来还真见笑了。还有更为复杂的功能。

    像Java多线程的下载工具的确更充分利用了网络资源,而且像 FlashGet、NetAnts 都实现了:假如某个线程下载完了欲先所分配段的内容之后,会帮其他线程下载未完成数据,直到任务完成;或某一下载线程的未完成段区间已经很小了,用不着别人来帮忙时,这就涉及到任务的进一步分配。再如,以上两个工具都能动态增加、减小或中止线程,越说越复杂了,它们原本比这复杂多了,这些实现可能定义各种队列来实现,如未完成任务队列、下载中任务队列和已完成队列等。

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