【胡思亂想】JNI與執行緒池的維護

貓毛·波拿巴發表於2018-10-28
執行緒

JNI中，C/C++程式碼裡建立的資源不由Java GC處理，故這裡的資源必須由C/C++程式碼明確釋放。在JNI中，C/C++回撥Java的方法是呼叫一個CallXXMethod函式來實現的，如果回撥的方法結束，C/C++執行下一行程式碼。

故猜測，由C/C++建立的OS執行緒應該會在執行完run方法後釋放，不然好像也沒有其他合適的時間點來對執行緒進行釋放了。因為按照語義的話，既然執行緒的任務已經完成，那執行緒還留著幹什麼，就應該被釋放。

有些時候，我們需要維護一個執行緒池來減少建立和釋放執行緒的開銷，讓一些執行緒完成當前任務後被收回到執行緒池，等待接受下一個任務。根據前面的猜測，run方法結束後，OS執行緒將被釋放。我們要維護執行緒池，就是不能讓執行緒被釋放。所以我們就要阻止run方法返回。當Thread.run把target.run執行完的時候，利用wait掛起執行緒。直到有新的target，才喚醒當前執行緒。

以下是我在舊版的《Thinking in Enterprise Java》中看到的執行緒池的實現。

public class Worker extends Thread { //工作者執行緒
    public static final Logger logger = Logger.setLogger("Worker"); //類日誌
    private String workerId; //工作者ID
    private Runnable task;   //任務物件
    private ThreadPool threadPool;  //執行緒池引用，方便操作。

    static { //靜態塊，配置logger
        try {
            logger.setUseParentHandlers(false);
            FileHandler ferr = new FileHandler("WorkerErr.log");
            ferr.setFormatter(new SimpleFormatter());
            logger.addHandler(ferr);
        } catch(IOException e) {
            System.out.println("Logger not initialized.");
        }
    }

    public Worker(String id, ThreadPool pool) {
        workerId = id;
        threadPool = pool;
        start();    //建立即啟動
    }

    public void setTask(Runnable t) { //這裡放入新任務，並喚醒執行緒，進入就緒佇列。
        task = t;
        synchronized(this) {
            notify(); //wait、notify方法都必須獲取對應的鎖
        }
    }

    public void run() {
        try {
            while(!threadPool.isStopped()) { //如果執行緒池未停止工作，此執行緒不釋放
                synchronized(this) {
                    if(task != null) {
                        try {
                            task.run(); //執行任務
                        } catch(Exception e) {
                            logger.log(Level.SERVER, "Exception in source Runnable task", e);
                        }
                        threadPool.putWorker(this); //完成當前任務，回收到執行緒池
                    }
                    wait(); //完成任務或無任務時，掛起執行緒。免得空迴圈浪費時間片。

                }
            }
            //跳出迴圈，意味著執行緒池結束工作，此執行緒也將停止工作
            System.out.println(this + " Stopped");
        } catch(InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public String toString() {
        return "Worker: " + workerId;
    }

}
public class ThreadPool extends Thread { //執行緒池, 同樣是一個執行緒，負責接收和分配任務
    private static final int DEFAULT_NUM_WORKERS = 5; //預設執行緒池大小為5
    private LinkedList workerPool = new LinkedList(); //空閒執行緒列表 
    private LinkedList taskQueue = new LinkedList();  //任務列表
    private boolean stopped = false; //執行緒池的工作狀態
    
    public ThreadPool() { //預設構造方法，執行緒池大小預設
        this(DEFAULT_NUM_WORKERS);
    }

    public ThreadPool(int numOfWorkers) { //自定義執行緒池大小
        for(int i=0;i<numOfWorkers;i++){
            workerPool.add(new Worker("" + i, this));
        }
        start(); //建立即啟動
    }

    public void run() { //分發任務
        try {
            while(!stopped) {
                if(taskQueue.isEmpty()) { //如果任務佇列為空，掛起當前執行緒。 也就是暫停執行緒池的分發任務的工作
                    synchronized(taskQueue) {
                        taskQueue.wait(); //不管呼叫哪個物件的wait方法，都是掛起當前執行它的執行緒。
                    }
                } else if(workerPool.isEmpty()) { //如果沒有空閒的執行緒，則暫停執行緒池的工作。
                    synchronized(workerPool) {
                        workerPool.wait();
                    }
                }
                //有任務，且有空閒執行緒的情況  => 從空閒執行緒中取出一個執行緒，讓其負責任務佇列中的一個任務
                getWorker().setTask((Runnable)taskQueue.removeLast());
            }
        } catch(InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public void addTask(Runnable task) {
        synchronized(taskQueue) {
            taskQueue.addFirst(task);
            taskQueue.notify(); //通知已有新任務，如果前面執行緒因無任務被掛起，這個操作將喚醒執行緒
        }
    }

    public void putWorker(Worker worker) {
        synchronized(workerPool) {
            workerPool.addFirst(worker);
            workerPool.notify(); //通知已有新空閒執行緒，如果前面執行緒因無空閒工作者執行緒被掛起，此操作將喚醒執行緒
        }
    }

    public Worker getWorker() {
        return (Worker) workerPool.removeLast(); //取出一個空閒執行緒，並從列表中移除。
    }

    public boolean isStopped() {
        return stopped;
    }

    public void stopThreads() { //關閉執行緒池
        stopped = true;
        Iterator it = workerPool.Iterator();
        //這裡喚醒掛起的工作者執行緒，使得它醒來並發現ThreadPool已關閉，並結束run方法 => 釋放OS執行緒
        while(it.hasNext()) { 
            Worker w = (Worker)it.next();
            synchronized(w) {
                w.notify();
            }
        }
    }

}

對這個程式碼的認識，在註釋裡已經表現的很清楚了。另外，我還覺得，ThreadPool和Woker的關係有點觀察者模式的味道，Woker是觀察者，ThreadPool是被觀察者/主題。不過，與標準的觀察者模式不同的是，ThreadPool接受到新任務（發生了變化），並沒有通知所有Worker。

 

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