在應(yīng)用中，我們常常需要Thread緩沖池來做一些事以提高程序的效率和并發(fā)性。本文演示了如何利用Queue這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)一個簡單的Thread緩沖池。

一個Thread緩沖池可以設(shè)計成以下這樣：緩沖池由幾個工作Thread和一個Queue組成，Client負責(zé)把任務(wù)放到Queue里面(put方法)，而工作Thread就依次取出這些任務(wù)并執(zhí)行它們(get方法)。

Queue的一個經(jīng)典實現(xiàn)是使用一個循環(huán)數(shù)組(這個實現(xiàn)在很多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的書上都有介紹)，如一個大小為size的數(shù)組，這個循環(huán)數(shù)組可以被想象成首尾相連的一個環(huán)。oldest指向Queue中最老的數(shù)據(jù)所在的位置，next指向下一個可以放新數(shù)據(jù)的位置。

放入一個新數(shù)據(jù)到next的位置后，需要更新next：next = (next + 1) % size;

從oldest位置取出一個數(shù)據(jù)后，需要更新oldest：oldest = (oldest + 1) % size;

當(dāng)oldest == next的時候，Queue為空，

當(dāng)(next + 1) % size == oldest的時候，Queue為滿。

(注意：為了區(qū)分Queue為空和為滿的情況，實際上Queue里面最多能放size-1個數(shù)據(jù)。)

因為這個Queue會同時被多個線程訪問，需要考慮在這種情況下Queue如何工作。首先，Queue需要是線程安全的，可以用java里的synchronized關(guān)鍵字來確保同時只有一個Thread在訪問Queue.

我們還可以注意到當(dāng)Queue為空的時候，get操作是無法進行的;當(dāng)Queue為滿的時候，put操作又是無法進行的。在多線程訪問遇到這種情況時，一般希望執(zhí)行操作的線程可以等待(block)直到該操作可以進行下去。比如，但一個Thread在一個空Queue上執(zhí)行g(shù)et方法的時候，這個 Thread應(yīng)當(dāng)?shù)却?block)，直到另外的Thread執(zhí)行該Queue的put方法后，再繼續(xù)執(zhí)行下去。在Java里面，Object對象的 wait (),notify()方法提供了這樣的功能。

　 把上面的內(nèi)容結(jié)合起來，就是一個SyncQueue的類：

public class SyncQueue {

public SyncQueue(int size) {

_array = new Object[size];

_size = size;

_oldest = 0;

_next = 0;

}

public synchronized void put(Object o) {

while (full()) {

try {

wait();

} catch (InterruptedException ex) {

throw new ExceptionAdapter(ex);

}

}

_array[_next] = o;

_next = (_next + 1) % _size;

notify();

}

public synchronized Object get() {

while (empty()) {

try {

wait();

} catch (InterruptedException ex) {

throw new ExceptionAdapter(ex);

}

}

Object ret = _array[_oldest];

_oldest = (_oldest + 1) % _size;

notify();

return ret;

}

PRotected boolean empty() {

return _next == _oldest;

}

protected boolean full() {

return (_next + 1) % _size == _oldest;

}

protected Object [] _array;

protected int _next;

protected int _oldest;

protected int _size;

}

可以注意一下get和put方法中while的使用，如果換成if是會有問題的。這是個很容易犯的錯誤。;-)

在以上代碼中使用了ExceptionAdapter這個類，它的作用是把一個checked Exception包裝成RuntimeException。詳細的說明可以參考我的避免在Java中使用Checked Exception一文。

接下來我們需要一個對象來表現(xiàn)Thread緩沖池所要執(zhí)行的任務(wù)?？梢园l(fā)現(xiàn)JDK中的Runnable interface非常合適這個角色。

最后，剩下工作線程的實現(xiàn)就很簡單了：從SyncQueue里取出一個Runnable對象并執(zhí)行它。

public class Worker implements Runnable {

public Worker(SyncQueue queue) {

_queue = queue;

}

public void run() {

while (true) {

Runnable task = (Runnable) _queue.get();

task.run();

}

}

protected SyncQueue _queue = null;

}

下面是一個使用這個Thread緩沖池的例子：

//構(gòu)造Thread緩沖池

SyncQueue queue = new SyncQueue(10);

for (int i = 0; i < 5; i ++) {

new Thread(new Worker(queue)).start();

}

//使用Thread緩沖池

Runnable task = new MyTask();

queue.put(task);

為了使本文中的代碼盡可能簡單，這個Thread緩沖池的實現(xiàn)是一個基本的框架。當(dāng)使用到實際中時，一些其他功能也可以在這一基礎(chǔ)上添加，比如異常處理，動態(tài)調(diào)整緩沖池大小等等。