并行计算框架的Java实现--系列一

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java

多线程并发并行计算 Executor

最近的工作需要统计一些复杂的报表，为了提高效率，想用多线程去实现，但要在所有线程完成统计任务后，将结果汇总。所以在思考有没有什么办法解决，之所以是“系列一”是因为我想记录下我的思考过程。

1、首先设计一个Executer，负责任务的执行和汇总：

public class Executer {
	//计算已经派发的任务数(条件谓词)
	public static int THREAD_COUNT = 0;
	//线程池
	private Executor pool = null;
	public Executer() {
		this(1);
	}
	public Executer(int threadPoolSize) {
		pool = Executors.newFixedThreadPool(threadPoolSize);
	}
	/**
	 * 任务派发
	 * @param job
	 */
	public void fork(Job job){
		//将任务派发给线程池去执行
		pool.execute(job);
		THREAD_COUNT++;
	}
	/**
	 * 统计任务结果
	 */
	public void join(){
		while(THREAD_COUNT > 0){
			System.out.println("threadCount: "+THREAD_COUNT);
			try {
				wait();//如果任务没有全部完成，则挂起
			} catch (Exception e) {}//这里总是抛异常，不知道为什么，好吧！先不管它
		}
	}
}

2、写一个抽象的Job类，负责执行具体的任务

public abstract class Job implements Runnable {

	@Override
	public void run() {
		this.execute();//执行子类具体任务
		Executer.THREAD_COUNT--;
		try{
			notifyAll();//这里总是抛异常，不知道为什么，好吧！先不管它
		}catch(Exception e){}
	}
	/**
	 * 业务处理函数
	 */
	public abstract void execute();

}

3、测试，先来一个具体的任务实现。

public class MyJob extends Job {

	@Override
	public void execute() {
		//模拟业务需要处理1秒.
		try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {}
		System.out.println("running thread id = "+Thread.currentThread().getId());
	}

}

4、测试。

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		//初始化任务池
		Executer exe = new Executer(5);
		//初始化任务
		long time = System.currentTimeMillis();
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			MyJob job = new MyJob();
			exe.fork(job);//派发任务
		}
		//汇总任务结果
		exe.join();
		System.out.println("time: "+(System.currentTimeMillis() - time));
	}

}

5、好吧，看一下结果

threadCount: 10
......(表示有N多个)
threadCount: 10
running thread id = 8
running thread id = 9
running thread id = 11
running thread id = 10
running thread id = 12
threadCount: 5
......(表示有N多个)
threadCount: 5
running thread id = 9
running thread id = 10
running thread id = 12
running thread id = 8
running thread id = 11
threadCount: 3
time: 2032

哈哈，看来是可以了，最后汇总任务的处理时间是2032毫秒，看来是比单个任务顺序执行来的快。但是有几个问题：

1）如果没有catch那个超级Exception的话，就会抛下面的异常：

java.lang.IllegalMonitorStateException
	at java.lang.Object.wait(Native Method)
	at java.lang.Object.wait(Object.java:485)
	at com.one.Executer.join(Executer.java:38)
	at com.test.Test.main(Test.java:21)

2）为啥会打印N多个同样值threadCount呢？

于是和同事（河东）沟通，他说wait要放在synchronized里面才行，好吧，试一下，改进一下Executer和Job

public class Executer {
	//计算已经派发的任务数(条件谓词)
	public static int THREAD_COUNT = 0;
	//条件队列锁
	public static final Object LOCK = new Object();
	//线程池
	private Executor pool = null;
	public Executer() {
		this(1);
	}
	public Executer(int threadPoolSize) {
		pool = Executors.newFixedThreadPool(threadPoolSize);
	}
	/**
	 * 任务派发
	 * @param job
	 */
	public void fork(Job job){
		//将任务派发给线程池去执行
		pool.execute(job);
		//增加线程数
		synchronized (LOCK) {
			THREAD_COUNT++;
		}
	}
	/**
	 * 统计任务结果
	 */
	public void join(){
		synchronized (LOCK) {
			while(THREAD_COUNT > 0){
				System.out.println("threadCount: "+THREAD_COUNT);
				try {
					LOCK.wait();//如果任务没有全部完成，则挂起
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
		}
	}
}

public abstract class Job implements Runnable {

	@Override
	public void run() {
		this.execute();//执行子类具体任务
		synchronized (Executer.LOCK) {
			//处理完业务后，任务结束，递减线程数，同时唤醒主线程
			Executer.THREAD_COUNT--;
			Executer.LOCK.notifyAll();
		}
	}
	/**
	 * 业务处理函数
	 */
	public abstract void execute();

}

6、测试一下：

threadCount: 10
running thread id = 8
running thread id = 11
running thread id = 9
threadCount: 7
running thread id = 10
threadCount: 6
running thread id = 12
threadCount: 5
running thread id = 11
running thread id = 12
running thread id = 10
threadCount: 2
running thread id = 9
running thread id = 8
threadCount: 1
time: 2016

还真的行，谢谢河东哈！

但是原因是什么呢？回去查了查书《Java并发编程实践》，见附件！

第14.2.1节这样说：

在条件等待中存在一种重要的三元关系，包括加锁、wait方法和一个条件谓词。在条件谓词中包含多个变量，而状态变量由一个锁来保护，因此在测试条件谓词之前必须先持有这个锁。锁对象与条件队列对象（即调用wait和notify等方法所在的对象）必须是同一个对象。

...

由于线程在条件谓词不为真的情况下也可以反复地醒来，因此必须在一个循环中调用wait，并在每次迭代中都测试条件谓词。

14.2.4节：

由于在调用notify或notifyAll时必须持有条件队列对象的锁，而如果这些等待中线程此时不能重新获得锁，那么无法从wait返回，因此发出通知的线程应该尽快地释放，从而确保正在等待的线程尽可能尽快的解除阻塞。

看来之前是不会用wait和notify，哈哈~！

感谢河东，和你交流收获很大！

顺便测试一下java多线程情况下，多核CPU的利用率，修改上面的线程池大小和任务数（2个线程处理1000000个任务，去掉MyJob的sleep（这样可以多抢些CPU时间），结果如下：