Java多线程之Worker Thread模式

一.worker thread模式

worker的意思是工作的人，在worker thread模式中，工人线程worker thread会逐个取回工作并进行处理，当所有工作全部完成后，工人线程会等待新的工作到来。

worker thread模式也被成为background thread（背景线程）模式，另外，如果从保存多个工人线程的场所这一点看，我们也可以称这种模式为thread pool模式。

二   .worker thread模式中的角色

1.client（委托者）

创建表示工作请求的request并将其传递给channel。在示例程序中，clientthread相当于该角色。

2.channel（通信线路）

channel角色接受来自于client的request，并将其传递给worker。在示例程序中，channel相当于该角色。

3.worker（工人）

worker角色从channel中获取request，并进行工作，当一项工作完成后，它会继续去获取另外的request，在示例程序中，workerthread相当于该角色。

4.request（请求）

request角色是表示工作的角色，request角色中保存了进行工作所必须的信息，在示例程序中，request相当于该角色。

三.worker thread使用场景

想象一个场景，一个工厂在生产玩具，在一个车间里，有几个工人，每次生产部件准备好车间外的人就将部件放到车间的一个桌子上，工人每次做完一个玩具就从桌子上取部件。在这里，注意到，部件并不是直接交给工人的，另外一点，工人并不是做完一个部件就回家换个新人，后者在现实有点滑稽，但是在程序中却对应一个典型的线程使用方法：线程池。

所谓线程池，就是对线程的复用，当线程执行完任务之后就继续取其他任务执行，而不是销毁启动新线程执行其他任务。因为线程的启动对于系统性能开销比较大，所以这样对于系统性能的提高很有好处。

四.worker thread模式程序示例

首先是请求，即玩具的部件

public class request {

    private final string name;
    private final int number;

    public request(string name, int number) {
        this.name = name;
        this.number = number;
    }

    public void execute(){
        system.out.println(thread.currentthread().getname()+" executed "+this);
    }
    @override
    public string tostring() {
        return "request=> " + "no." + number + "  name." + name;
    }
}

也就是拥有name和number并且execute的时候打印出字段的一个简单类。

clientthread，负责将请求放入requestqueue中，即将部件放到桌子上。

public class clientthread extends thread {

    private static final random random = new random(system.currenttimemillis());

    private final channel channel;

    public clientthread(string name, channel channel) {
        super(name);
        this.channel = channel;
    }

    @override
    public void run() {
        try {

            for (int i = 0; true; i++) {
                request request = new request(getname(),i);
                this.channel.put(request);
                thread.sleep(random.nextint(1_000));
            }
        } catch (exception e) {

        }
    }
}

channel类，可以当做车间

public class channel {

    private final static int max_request = 100;

    private final request[] requestqueue;
    private final workerthread[] workerpool;
    private int head;
    private int tail;
    private int count;

    public channel(int workers) {

        this.requestqueue = new request[max_request];
        this.head = 0;
        this.tail = 0;
        this.count = 0;
        this.workerpool = new workerthread[workers];
        this.init();
    }

    private void init() {
        for (int i = 0; i < workerpool.length; i++) {
            workerpool[i] = new workerthread("worker-" + i, this);
        }
    }

    /**
     * push switch to start all of worker to work
     */
    public void startworker() {
        arrays.aslist(workerpool).foreach(workerthread::start);

//        list<workerthread> workerthreads = arrays.aslist(workerpool);
//
//        workerthreads.stream().foreach(workerthread::start);
    }

    public synchronized void put(request request) {
        while (count >= requestqueue.length) {
            try {
                this.wait();
            } catch (interruptedexception e) {
                e.printstacktrace();
            }
        }
        this.requestqueue[tail] = request;
        this.tail = (tail + 1) % requestqueue.length;
        this.count++;
        this.notifyall();
    }

    public synchronized request take() {
        while (count <= 0) {
            try {
                this.wait();
            } catch (interruptedexception e) {
                e.printstacktrace();
            }
        }
        request request = this.requestqueue[head];
        this.head = (this.head + 1) % this.requestqueue.length;
        this.count--;
        this.notifyall();
        return request;
    }
}

requestqueue可以当做桌子，是一个数量有限的请求队列。threadpool是一个工人线程的数组，这就是一个线程池。在这里提供了putrequest和takerequest方法，分别是往请求队列放入请求和取出请，这里使用了上一篇博文讲到的生产者消费者模式 java多线程设计模式之消费者生产者模式。确保了workerthread和clientthread之间可以友好合作。

工人线程：

public class workerthread extends thread {

    private static final random random = new random(system.currenttimemillis());
    private final channel channel;

    public workerthread(string name, channel channel) {
        super(name);
        this.channel = channel;
    }

    @override
    public void run() {
        while (true) {
            channel.take().execute();

            try {
                thread.sleep(random.nextint(1_000));
            } catch (interruptedexception e) {
                e.printstacktrace();
            }
        }
    }
}

这里就是一个不断从请求队列中取出请求然后执行请求的过程，保证了工人线程的复用，并不会执行完一个请求任务就销毁。

最后是main：

public class workerclient {

    public static void main(string[] args) {
        final channel channel = new channel(5);
        channel.startworker();

        new clientthread("alex", channel).start();
        new clientthread("jack", channel).start();
        new clientthread("william", channel).start();
    }
}

结果：

worker-4 executed request=> no.0  name.alex
worker-2 executed request=> no.0  name.jack
worker-3 executed request=> no.0  name.william
worker-4 executed request=> no.1  name.jack
worker-0 executed request=> no.1  name.william
worker-3 executed request=> no.2  name.jack
worker-2 executed request=> no.1  name.alex
worker-4 executed request=> no.2  name.william
worker-1 executed request=> no.3  name.jack
worker-3 executed request=> no.2  name.alex
worker-4 executed request=> no.3  name.william
worker-0 executed request=> no.4  name.jack
worker-0 executed request=> no.3  name.alex
worker-1 executed request=> no.5  name.jack
worker-3 executed request=> no.4  name.william
worker-1 executed request=> no.6  name.jack
worker-2 executed request=> no.4  name.alex
worker-3 executed request=> no.7  name.jack
worker-0 executed request=> no.5  name.william
worker-1 executed request=> no.5  name.alex
worker-4 executed request=> no.8  name.jack
worker-2 executed request=> no.6  name.alex
worker-0 executed request=> no.7  name.alex
worker-4 executed request=> no.8  name.alex
worker-2 executed request=> no.6  name.william
省略...

可以看出线程执行任务的线程就是workerthread1,2,3,4,5五个，它们不断执行来自clientthread alex,jack,william的请求任务。

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