Java语言深入多线程程序模型研究

来源：作者：出处：巧巧读书 2006-10-27 进入讨论组

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 10.1.1.100 1 1000)运行结果如下：
The port 25 is opened at 10.1.1.100
The port 42 is opened at 10.1.1.100
The port 88 is opened at 10.1.1.100
...

    仔细对第2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1～100端口，那么主线程就产生100个线程来分别处理；如果扫描1~10000端口，主线程就会产生10000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3和第4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3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(0, 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()-1);取得“池”中的对象，转换成int后传递给Socket构造方法。
    第3个程序如下：
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import java.io.IOException;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;
import java.net.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 = 0; 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(1000);      //”池“中的内容太多的话就sleep
                }catch(InterruptedException ex){

                }
                continue;
            }

            synchronized(entries){
                if(port > endport) break;
                entries.add(0, 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 = 1;
        int endport = 65535;
        int nThreads = 100;
        try{
            host = args[0];
            beginport = Integer.parseInt(args[1]);
            endport = Integer.parseInt(args[2]);
            nThreads = Integer.parseInt(args[3]);
            if(beginport <= 0 || endport >= 65536 || beginport > endport){
                throw new Exception("Port is illegal");
            }
        }catch(Exception e){
            System.out.println("Usage: java PortScannerSingleThread host beginport endport nThreads");
            System.exit(0);
        }

        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() == 0){
                    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()-1);  //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){

                }
            }
        }
    }
}

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