知识大全 Java语言深入多线程程序模型研究

Posted 2022-07-14 知

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　　多线程是较复杂程序设计过程中不可缺少的一部分为了提高应用程序运行的性能采用多线程的设计是一种比较可行的方案本文通过介绍使用Java编写的扫描计算机端口的实例来说明多线程设计中应注意的问题以及得出经常使用的多线程模型本文要求读者具备一定的Java语言基础对Socket有一定的了解本文的所有程序在Java SDK 编译通过并能正常运行现在我们需要对一台主机扫描其端口找出哪些端口是open的状态我们先采用单线程进行处理程序代码如下 import java io IOException;import Socket;import UnknownHostException;public class PortScannerSingleThread public static void main(String[] args) String host = null; //第一个参数目标主机 int beginport = ; //第二个参数开始端口 int endport = ; //第三个参数结束端口 try host = args[ ]; beginport = Integer parseInt(args[ ]); endport = Integer parseInt(args[ ]); if(beginport <= || endport >= || beginport > endport) throw new Exception( Port is illegal ); catch(Exception e) System out println( Usage: java PortScannerSingleThread host beginport endport ); System exit( ); for (int i = beginport; i <= endport; i++) try Socket s = new Socket(host i); System out println( The port + i + is opened at + host); catch (UnknownHostException ex) System err println(ex); break; catch (IOException ex) 在以上程序中通过 Socket类来识别端口是否是open状态程序接受个参数第一个参数是主机IP 第二和第三个参数是需要扫描的起始和中止的端口号（ ~ ）本程序(java PortScannerSingleThread )运行结果如下 The port is opened at The port is opened at The port is opened at 但是以上程序运行效率实在不敢恭维把目标主机端口扫描一遍需要十几分钟甚至更长估计没有哪个用户可以忍受这样的效率所以提高程序处理效率是必须的下面的程序通过多线程的方法来进行处理程序代码如下 import java io IOException;import Socket;import UnknownHostException;public class PortScannerMultiThread public static void main(String[] args) String host = null; int beginport = ; int endport = ; try host = args[ ]; beginport = Integer parseInt(args[ ]); endport = Integer parseInt(args[ ]); if(beginport <= || endport >= || beginport > endport) throw new Exception( Port is illegal ); catch(Exception e) System out println( Usage: java PortScannerSingleThread host beginport endport ); System exit( ); for (int i = beginport; i <= endport; i++) PortProcessor pp = new PortProcessor(host i); //一个端口创建一个线程 pp start(); class PortProcessor extends Thread String host; int port; PortProcessor(String host int port) this host = host; this port = port; public void run() try Socket s = new Socket(host port); System out println( The port + port + is opened at + host); catch(UnknownHostException ex) System err println(ex); catch(IOException ioe)

　　以上程序在for循环结构中创建PortProcessor对象 PortProcessor类是线程类其关键的Socket在public void run()方法中实现此程序比第一个单线程的程序运行效率提高很多倍几乎在几秒钟内得出结果所以可见多线程处理是何等的重要程序(java PortScannerMultiThread )运行结果如下 The port is opened at The port is opened at The port is opened at 仔细对第个程序分析不难发现其中的问题创建的线程个数是不固定的取决于输入的第二和第三个参数如果扫描～端口那么主线程就产生个线程来分别处理如果扫描 ~ 端口主线程就会产生个线程来进行处理在JVM中创建如此多的线程同样会带来性能上的问题因为线程的创建和消失都是需要花费系统资源的所以以上的第二个程序也存在明显的不足所以我们需要一个确定数量的线程在JVM中运行这样就需要了解线程池 (ThreadPool)的概念线程池在多线程程序设计中是比不可少的而且初学者不太容易掌握下面通过对线程池的介绍结合第和第个程序引出两种常用的线程池模型第一种实现线程池的方法是创建一个池在池中增加要处理的数据对象然后创建一定数量的线程这些线程对池中的对象进行处理当池是空的时候每个线程处于等待状态当往池里添加一个对象通知所有等待的线程来处理（当然一个对象只能有一个线程来处理）第二种方法是同样创建一个池但是在池中放的不是数据对象而是线程可以把池中的一个个线程比喻成一个个工人当没有任务的时候工人们严阵以待当给池添加一个任务后工人就开始处理并直到处理完成在第个程序中定义了List类型的entries作为池这个池用来保存需要扫描的端口 List中的元素必须是Object类型不能用基本数据类型int往池里添加而需要用使用Integer 在processMethod()方法中首先就启动一定数量的PortThread线程同时在while循环中通过entries add( new Integer(port))往池里添加对象在PortThread类的run()方法中通过entry = (Integer)entries remove(entries size() );取得池中的对象转换成int后传递给Socket构造方法第个程序如下 import java io IOException;import InetAddress;import Socket;import UnknownHostException;import java util Collections;import java util LinkedList;import java util List;public class PortScanner private List entries = Collections synchronizedList(new LinkedList()); //这个池比较特别 int numofthreads; static int port; int beginport; int endport; InetAddress remote = null; public boolean isFinished() if(port >= endport) return true; else return false; PortScanner(InetAddress addr int beginport int endport int numofthreads) this remote = addr; this beginport = beginport; this endport = endport; this numofthreads = numofthreads; public void processMethod() for(int i = ; i < numofthreads; i++) //创建一定数量的线程并运行 Thread t = new PortThread(remote entries this); t start(); port = beginport; while(true) if(entries size() > numofthreads) try Thread sleep( ); // 池中的内容太多的话就sleep catch(InterruptedException ex) continue; synchronized(entries) if(port > endport) break; entries add( new Integer(port)); //往池里添加对象需要使用int对应的Integer类 entries notifyAll(); port++; public static void main(String[] args) String host = null; int beginport = ; int endport = ; int nThreads = ; try host = args[ ]; beginport = Integer parseInt(args[ ]); endport = Integer parseInt(args[ ]); nThreads = Integer parseInt(args[ ]); if(beginport <= || endport >= || beginport > endport) throw new Exception( Port is illegal ); catch(Exception e) System out println( Usage: java PortScannerSingleThread host beginport endport nThreads ); System exit( ); try PortScanner scanner = new PortScanner(InetAddress getByName(host) beginport endport nThreads); scanner processMethod(); catch(UnknownHostException ex) class PortThread extends Thread private InetAddress remote; private List entries; PortScanner scanner; PortThread(InetAddress add List entries PortScanner scanner) this remote = add; this entries = entries; this scanner = scanner; public void run() Integer entry; while(true) synchronized(entries) while(entries size() == ) if(scanner isFinished()) return; try entries wait(); // 池里没内容就只能等了 catch(InterruptedException ex) entry = (Integer)entries remove(entries size() ); //把池里的东西拿出来进行处理 Socket s = null; try s = new Socket(remote entry intValue()); System out println( The port of + entry toString() + of the remote + remote + is opened ); catch(IOException e) finally try if(s != null) s close(); catch(IOException e)

　　以上程序需要个参数输入java PortScanner 运行（第个参数是线程数）结果前两个程序一样但是速度比第一个要快可能比第二个要慢一些第个程序是把端口作为池中的对象下面我们看第个实现方式把池里面的对象定义成是线程类把具体的任务定义成池中线程类的参数第个程序有个文件组成分别是ThreadPool java和PortScannerByThreadPool java ThreadPool java文件内容如下 import java util LinkedList;public class ThreadPool private final int nThreads; private final PoolWorker[] threads; private final LinkedList queue; public ThreadPool(int nThreads) this nThreads = nThreads; queue = new LinkedList(); threads = new PoolWorker[nThreads]; for (int i= ; i<nThreads; i++) threads[i] = new PoolWorker(); threads[i] start(); public void execute(Runnable r) synchronized(queue) queue addLast(r); queue notifyAll(); private class PoolWorker extends Thread public void run() Runnable r; while (true) synchronized(queue) while (queue isEmpty()) try queue wait(); catch (InterruptedException ignored) r = (Runnable) queue removeFirst(); try r run(); catch (RuntimeException e) 在ThreadPool java文件中定义了个类 ThreadPool和PoolWorker ThreadPool类中的nThreads变量表示线程数 PoolWorker数组类型的threads变量表示线程池中的工人这些工人的工作就是一直循环处理通过queue addLast(r)加入到池中的任务 PortScannerByThreadPool java文件内容如下 import java io IOException;import InetAddress;import Socket;public class PortScannerByThreadPool public static void main(String[] args) String host = null; int beginport = ; int endport = ; int nThreads = ; try host = args[ ]; beginport = Integer parseInt(args[ ]); endport = Integer parseInt(args[ ]); nThreads = Integer parseInt(args[ ]); if(beginport <= || endport >= || beginport > endport) throw new Exception( Port is illegal ); catch(Exception e) System out println( Usage: java PortScannerSingleThread host beginport endport nThreads ); System exit( ); ThreadPool tp = new ThreadPool(nThreads); for(int i = beginport; i <= endport; i++) Scanner ps = new Scanner(host i); tp execute(ps);

cha138/Article/program/Java/gj/201311/27410

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