Java工作队列和线程池

背景
   最近的需要做一个与设备通信的web项目。当然，我们需要写好与设备之间的通信协议（socket）。大致的时序逻辑时：当用户用浏览器点击页面某一控件后，它就向后台发送一个post请求，后台解析前台发送的参数，然后封装成相应的帧格式，然后与设备进行通信，设备接到指令后，完成相应的功能，然后将数据信息返回给后台服务器，后台服务器将这些返回的数据组织好，一方面返回给前台页面，一方面将数据存储到数据库中。
问题：
1.由于通信设备只允许一个socket与它通信，因此，所有的用户都需要共用一个socket，所以，在某一时刻，不能有2个用户同时使用socket

2.当很多条相同的指令以较短的时间间隔（1s左右）发送到通信设备时，通信设备只响应第一条，其他的不予响应。

解决方案

针对上述问题，我们就会想到通过使用队列和线程池来解决以上问题。我们可以将所有用户的指令依次放入队列中，线程池中只允许一个线程运行，而且线程执行完之后，还可以休眠一段时间，等通信设备反应过来的时候，再依次执行队列中的指令。

队列和线程池演示程序

1.WorkQueue.java

该类实现了队列和线程池，详见如下

/*
 * $filename: WorkQueue.java,v $
 * $Date: 2013-11-20  $
 * Copyright (C) ZhengHaibo, Inc. All rights reserved.
 * This software is Made by Zhenghaibo.
 */
package edu.njupt.zhb;

import java.util.LinkedList;

/*
 *@author: ZhengHaibo
 *web:     http://blog.csdn.net/nuptboyzhb
 *mail:    [e-mail]
 *2013-11-20  Nanjing,njupt,China
 *References:http://www.ibm.com/developerworks/java/library/j-jtp0730/index.html
 */
public class WorkQueue
{
    private final int nThreads;//同时最多执行的线程个数
    private final PoolWorker[] threads;//线程池
    private final LinkedList queue;//线程队列

    public WorkQueue(int nThreads)
    {
        this.nThreads = nThreads;
        queue = new LinkedList();
        threads = new PoolWorker[nThreads];

        for (int i=0; i<nThreads; i++) {
            threads[i] = new PoolWorker();
            threads[i].start();
        }
    }

    public void execute(Runnable r) {
        synchronized(queue) {
            queue.addLast(r);
            queue.notify();
        }
    }

    private class PoolWorker extends Thread {
        public void run() {
            Runnable r;

            while (true) {
                synchronized(queue) {
                    while (queue.isEmpty()) {
                        try
                        {
                            queue.wait();
                        }
                        catch (InterruptedException ignored)
                        {
                        }
                    }

                    r = (Runnable) queue.removeFirst();
                }

                // If we don't catch RuntimeException,
                // the pool could leak threads
                try {
                    r.run();
                }
                catch (RuntimeException e) {
                    // You might want to log something here
                	e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

2.WorkThread.java

这是我们的工作线程，在这个Demo中，工作线程只做一件事：将number的值加1，然后休眠，最后打印一下当前number的值。由于number是静态变量，因此我们就可以模拟一下，工作队列的一个执行情况。

/*
 * $filename: WorkThread.java,v $
 * $Date: 2013-11-20  $
 * Copyright (C) ZhengHaibo, Inc. All rights reserved.
 * This software is Made by Zhenghaibo.
 */
package edu.njupt.zhb;
/*
 *@author: ZhengHaibo
 *web:     http://blog.csdn.net/nuptboyzhb
 *mail:    [e-mail]
 *2013-11-20  Nanjing,njupt,China
 */
public class WorkThread extends Thread{
    public static int number = 0;
	@Override
	public void run() {
		// TODO Auto-generated method stub
		try {
			number = number + 1;
			Thread.sleep(100);
			System.out.println("number = "+number);
		} catch (Exception e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
	}

}

3.测试案例1

我们的线程池只允许一个线程同时执行，这样的结果是：打印number的值是从1-10顺序打印

/*
 * $filename: TestMain.java,v $
 * $Date: 2013-11-20  $
 * Copyright (C) ZhengHaibo, Inc. All rights reserved.
 * This software is Made by Zhenghaibo.
 */
package edu.njupt.zhb;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/*
 *@author: ZhengHaibo
 *web:     http://blog.csdn.net/nuptboyzhb
 *mail:    [e-mail]
 *2013-11-20  Nanjing,njupt,China
 */
public class TestMain {

	/**
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		WorkQueue workQueue = new WorkQueue(1);//只允许同时运行1个线程
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			WorkThread wThread = new WorkThread();
			workQueue.execute(wThread);
		}
	}

}

运行结果是：

number = 1
number = 2
number = 3
number = 4
number = 5
number = 6
number = 7
number = 8
number = 9
number = 10

4.测试案例2

线程池中允许同时最多有5个线程一起执行

/*
 * $filename: TestMain.java,v $
 * $Date: 2013-11-20  $
 * Copyright (C) ZhengHaibo, Inc. All rights reserved.
 * This software is Made by Zhenghaibo.
 */
package edu.njupt.zhb;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/*
 *@author: ZhengHaibo
 *web:     http://blog.csdn.net/nuptboyzhb
 *mail:    [e-mail]
 *2013-11-20  Nanjing,njupt,China
 */
public class TestMain {

	/**
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		WorkQueue wQueue = new WorkQueue(5);//允许同时运行5个线程
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			WorkThread wThread = new WorkThread();
			wQueue.execute(wThread);
		}
	}

}

运行结果是：

number = 5
number = 5
number = 5
number = 5
number = 5
number = 10
number = 10
number = 10
number = 10
number = 10

在某些场合中，如果能够承受100个线程同时运行，那么我们就将workqueue线程池的大小设成100，当线程超过100时，就将线程放入队列queue中，等有一些线程执行结束后，依次执行队列中的线程，一直执行到对列为空时，线程池中的100个线程都在等待新的任务加入。

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