Java:并行编程及同步使用方法

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知道java可以使用java.util.concurrent包下的

CountDownLatch

ExecutorService

Future

Callable

实现并行编程，并在并行线程同步时，用起来十分简单的一种 。
实现原理：

1、CountDownLatch 统计并行线程完成数，并提供了await()方法，实现等待所有并行线程完成，或者指定最大等待时间。
2、ExecutorService提供了execute(Callable)执行线程方法，还提供了submit（Callable）提交线程。
3、Future接受实现Callable<V>接口的（可执行线程）返回值，接受Executors.submit(Callable<V>)返回值。而且Future<V>提供get()取回并行子线程返回的参数，还可以给get指定过期时间。

想到Concurrent，就能想到c#中，命名空间System.Collection,Concurrent，在该命名空间下提供了一些线程安全的集合类。

代码示例：

MyTaskResult.java

package com.dx.testparallel;

public class MyTaskResult {

    private String name;

    public MyTaskResult(String name){

        this.name=name;

    }

    public String getName() {

        return name;

    }

    public void setName(String name) {

        this.name = name;

    }

}

TaskItem.java

package com.dx.testparallel;

public class TaskItem {

    private int id;

    private String name;

    public TaskItem(int id,String name){

        this.id=id;

        this.name=name;

    }

    public int getId() {

        return id;

    }

    public void setId(int id) {

        this.id = id;

    }

    public String getName() {

        return name;

    }

    public void setName(String name) {

        this.name = name;

    }

}

MyTask.java

package com.dx.testparallel;

import java.util.concurrent.Callable;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class MyTask implements Callable<MyTaskResult> {

    private final TaskItem taskItem;

    private final CountDownLatch threadsSignal;

    public MyTask(CountDownLatch threadsSignal,TaskItem taskItem) {

        this.threadsSignal= threadsSignal;

        this.taskItem=taskItem;

    }

    @Override

    public MyTaskResult call() throws Exception {

        MyTaskResult result=new MyTaskResult(this.taskItem.getName());

        // 核心处理逻辑处理

        Thread.sleep(2000);

        System.out.println("task id:" + taskItem.getId() +" >>>>等待結束");

        System.out.println("task id:" + taskItem.getId() + " >>>>线程名称:" + Thread.currentThread().getName() + "结束. 还有" + threadsSignal.getCount() + " 个线程");

        // 必须等核心处理逻辑处理完成后才可以减1

        this.threadsSignal.countDown();

        return result;

    }

}

Main.java

package com.dx.testparallel;

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

import java.util.concurrent.ExecutionException;

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;

import java.util.concurrent.Future;

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        List<TaskItem> taskItems=new ArrayList<TaskItem>();

        for(int i=0;i<20;i++){

            taskItems.add(new TaskItem(i, "task "+i));

        }

        CountDownLatch threadsSignal = new CountDownLatch(taskItems.size());

        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(taskItems.size());

        List<Future<MyTaskResult>> resultLazyItems=new ArrayList<Future<MyTaskResult>>();

        System.out.println("主線程開始進入並行任務提交");

        for (TaskItem taskItem : taskItems) {

            // 使用future存储子线程执行后返回结果，必须在所有子线程都完成后才可以使用get();

            // 如果在这里使用get(),会造成等待同步。

            Future<MyTaskResult> future = executor.submit(new MyTask(threadsSignal,taskItem));

            resultLazyItems.add(future);

        }

        System.out.println("主線程開始走出並行任務提交");

        System.out.println("主線程進入等待階段（等待所有并行子线程任务完成）。。。。。");

        // 等待所有并行子线程任务完成。

        threadsSignal.await();

        // 并不是终止线程的运行，而是禁止在这个Executor中添加新的任务

        executor.shutdown();

        System.out.println("主線程走出等待階段（等待所有并行子线程任务完成）。。。。。");

        for(Future<MyTaskResult> future :resultLazyItems){

            try {

                MyTaskResult result = future.get();

                System.out.println(result.getName());

            } catch (ExecutionException e) {

                // TODO Auto-generated catch block

                e.printStackTrace();

            }

        }

    }

}

运行结果：

主線程開始進入並行任務提交

主線程開始走出並行任務提交

主線程進入等待階段（等待所有并行子线程任务完成）。。。。。

task id:0 >>>>等待結束

task id:6 >>>>等待結束

task id:8 >>>>等待結束

task id:3 >>>>等待結束

task id:4 >>>>等待結束

task id:2 >>>>等待結束

task id:2 >>>>线程名称:pool-1-thread-3结束. 还有20 个线程

task id:5 >>>>等待結束

task id:1 >>>>等待結束

task id:7 >>>>等待結束

task id:1 >>>>线程名称:pool-1-thread-2结束. 还有19 个线程

task id:5 >>>>线程名称:pool-1-thread-6结束. 还有19 个线程

task id:4 >>>>线程名称:pool-1-thread-5结束. 还有20 个线程

task id:19 >>>>等待結束

task id:10 >>>>等待結束

task id:18 >>>>等待結束

task id:18 >>>>线程名称:pool-1-thread-19结束. 还有16 个线程

task id:3 >>>>线程名称:pool-1-thread-4结束. 还有20 个线程

task id:8 >>>>线程名称:pool-1-thread-9结束. 还有20 个线程

task id:6 >>>>线程名称:pool-1-thread-7结束. 还有20 个线程

task id:0 >>>>线程名称:pool-1-thread-1结束. 还有20 个线程

task id:10 >>>>线程名称:pool-1-thread-11结束. 还有16 个线程

task id:19 >>>>线程名称:pool-1-thread-20结束. 还有16 个线程

task id:12 >>>>等待結束

task id:17 >>>>等待結束

task id:17 >>>>线程名称:pool-1-thread-18结束. 还有9 个线程

task id:11 >>>>等待結束

task id:11 >>>>线程名称:pool-1-thread-12结束. 还有8 个线程

task id:14 >>>>等待結束

task id:14 >>>>线程名称:pool-1-thread-15结束. 还有7 个线程

task id:16 >>>>等待結束

task id:16 >>>>线程名称:pool-1-thread-17结束. 还有6 个线程

task id:15 >>>>等待結束

task id:9 >>>>等待結束

task id:13 >>>>等待結束

task id:7 >>>>线程名称:pool-1-thread-8结束. 还有19 个线程

task id:13 >>>>线程名称:pool-1-thread-14结束. 还有5 个线程

task id:9 >>>>线程名称:pool-1-thread-10结束. 还有5 个线程

task id:15 >>>>线程名称:pool-1-thread-16结束. 还有5 个线程

task id:12 >>>>线程名称:pool-1-thread-13结束. 还有9 个线程

主線程走出等待階段（等待所有并行子线程任务完成）。。。。。

task 0

task 1

task 2

task 3

task 4

task 5

task 6

task 7

task 8

task 9

task 10

task 11

task 12

task 13

task 14

task 15

task 16

task 17

task 18

task 19

注释以下代码：

    // Thread.sleep(2000);

    // System.out.println("task id:" + taskItem.getId() +" >>>>等待結束");

之后运行结果：

主線程開始進入並行任務提交

task id:1 >>>>线程名称:pool-1-thread-2结束. 还有20 个线程

task id:2 >>>>线程名称:pool-1-thread-3结束. 还有20 个线程

task id:3 >>>>线程名称:pool-1-thread-4结束. 还有20 个线程

task id:4 >>>>线程名称:pool-1-thread-5结束. 还有19 个线程

task id:5 >>>>线程名称:pool-1-thread-6结束. 还有19 个线程

task id:8 >>>>线程名称:pool-1-thread-9结束. 还有15 个线程

task id:0 >>>>线程名称:pool-1-thread-1结束. 还有14 个线程

task id:9 >>>>线程名称:pool-1-thread-10结束. 还有13 个线程

task id:7 >>>>线程名称:pool-1-thread-8结束. 还有12 个线程

task id:6 >>>>线程名称:pool-1-thread-7结束. 还有14 个线程

task id:10 >>>>线程名称:pool-1-thread-11结束. 还有10 个线程

task id:11 >>>>线程名称:pool-1-thread-12结束. 还有9 个线程

task id:12 >>>>线程名称:pool-1-thread-13结束. 还有8 个线程

task id:13 >>>>线程名称:pool-1-thread-14结束. 还有7 个线程

task id:14 >>>>线程名称:pool-1-thread-15结束. 还有6 个线程

task id:15 >>>>线程名称:pool-1-thread-16结束. 还有5 个线程

task id:16 >>>>线程名称:pool-1-thread-17结束. 还有4 个线程

task id:17 >>>>线程名称:pool-1-thread-18结束. 还有3 个线程

task id:18 >>>>线程名称:pool-1-thread-19结束. 还有2 个线程

主線程開始走出並行任務提交

主線程進入等待階段（等待所有并行子线程任务完成）。。。。。

task id:19 >>>>线程名称:pool-1-thread-20结束. 还有1 个线程

主線程走出等待階段（等待所有并行子线程任务完成）。。。。。

task 0

task 1

task 2

task 3

task 4

task 5

task 6

task 7

task 8

task 9

task 10

task 11

task 12

task 13

task 14

task 15

task 16

task 17

task 18

task 19

项目中应用：

定义可执行线程类：

public class UploadFileToTask implements Callable<UploadFileToTaskResult> {

    private final Task_UploadFileToTaskItem taskItem;

    private final Log log = LogHelper.getInstance(ImportMain.class);

    private final CountDownLatch threadsSignal;

    private final HDFSUtil hdfsUtil = new HDFSUtil();

    private final static String HADOOP_HDFS_PATH = HdfsConfiguration.getHdfsUrl();

    public UploadFileToTask(CountDownLatch threadsSignal ,Task_UploadFileToTaskItem taskItem){

        this.taskItem=taskItem;

        this.threadsSignal=threadsSignal;

    }

    @Override

    public UploadFileToTaskResult call() throws Exception {

        String area = taskItem.getArea();

        String fileGenerateDate = taskItem.getFileGenerateDate();

        String manufacturer = taskItem.getManufacturer();

        String eNodeBId = taskItem.geteNodeBId();

        String filePath = taskItem.getFilePath();

        FileType fileType = taskItem.getFileType();

        TaskStatus taskStatus= TaskStatus.Success;

        // 不确定该FileSystem是否是线程安全的，故在每一个thread初始化一次。

        Configuration conf = new Configuration();

        Path dstPath = new Path(HADOOP_HDFS_PATH);

        FileSystem hdfs = dstPath.getFileSystem(conf);

        // 核心代码。。。

        // 上传MR文件

        // 上传Signal文件

        // 如果文件路径不为空，就开始上传文件到hdfs

        if(uploadFilePath.length()>0){

            if (!hdfsUtil.uploadFileToHdfs(hdfs, filePath, uploadFilePath)) {

                taskStatus= TaskStatus.Fail;

            }

        }

        TaskGroupInfo taskGroupInfo = new TaskGroupInfo();

        taskGroupInfo.setArea(area);

        taskGroupInfo.setManufacturer(manufacturer);

        taskGroupInfo.setFileGenerateDate(fileGenerateDate);

        taskGroupInfo.setFileType(fileType);

        String key = String.format("%s,%s,%s,%s", taskGroupInfo.getArea(), taskGroupInfo.getManufacturer(), taskGroupInfo.getFileGenerateDate(), String.valueOf(taskGroupInfo.getFileType().getValue()));

        UploadFileToTaskResult result=new UploadFileToTaskResult();

        // 填充返回值

        result.setStatus(taskStatus);

        result.setTaskGroupInfo(taskGroupInfo);

        result.setTaskGroupkey(key);

        result.setTaskOID(taskItem.getOid());

        System.out.println("task id:" + taskItem.getOid() + " >>>>线程名称:" + Thread.currentThread().getName() + "结束. 还有" + threadsSignal.getCount() + " 个线程");

        // 必须等核心处理逻辑处理完成后才可以减1

        this.threadsSignal.countDown();

        return result;

    }

}

实现并行线程同步核心代码：

            // 获取当前节点带执行任务

            ArrayList<Task_UploadFileToTaskItem> taskItems = uploadFileToTaskItemDao.getTopNTodoTaskItems(this.computeNode.getId(),Configuration.getTaskCount());

            // 批量修改任务状态为正在处理状态（doing）。

            log.info("Start:>>>>>>batch modify task status(doing)>>>>>>");

            log.info("Over:>>>>>>batch modify task status(doing)>>>>>>");

            // 批量处理上传任务（上传文件到）

            log.info("Start:>>>>>>each process task(upload to)>>>>>>");

            CountDownLatch threadsSignal = new CountDownLatch(taskItems.size());

            ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(taskItems.size());

            List<Future<UploadFileToTaskResult>> resultLazyItems=new ArrayList<Future<UploadFileToTaskResult>>();

            for (Task_UploadFileToTaskItem taskItem : taskItems) {

                // 使用future存储子线程执行后返回结果，必须在所有子线程都完成后才可以使用get();

                // 如果在这里使用get(),会造成等待同步。

                Future<UploadFileToTaskResult> future = executor.submit(new UploadFileToTask(threadsSignal,taskItem));

                resultLazyItems.add(future);

            }

            // 等待所有并行子线程任务完成。

            threadsSignal.await();
            executor.shutdown();//并不是终止线程的运行，而是禁止在这个Executor中添加新的任务 

            log.info("Over:>>>>>>each process task(upload to)>>>>>>");

            // 批量修改任务处理状态

            Map<String, TaskGroupInfo> taskGroupItems=new HashMap<String, TaskGroupInfo>();

            Map<Integer, TaskStatus> successTaskItems = new HashMap<Integer, TaskStatus>();

            Map<Integer, TaskStatus> failTaskItems = new HashMap<Integer, TaskStatus>();

            for(Future<UploadFileToTaskResult> future :resultLazyItems){

                UploadFileToTaskResult result= future.get();

                if(!taskGroupItems.containsKey(result.getTaskGroupkey())){

                    taskGroupItems.put(result.getTaskGroupkey(),result.getTaskGroupInfo());

                }

                if(result.getStatus()== TaskStatus.Success){

                    successTaskItems.put(result.getTaskOID(),result.getStatus());

                }else{

                    failTaskItems.put(result.getTaskOID(),result.getStatus());

                }

            }