在现代软件开发中，多线程编程是提高程序性能的重要手段之一。Java作为一种流行的编程语言，提供了丰富的多线程支持。本文将介绍如何利用Java的多线程特性，结合对象池的概念，来优化资源管理。
多线程编程虽然能够提升程序的执行效率，但同时也带来了一系列挑战，如线程同步、死锁、竞态条件等问题。为了避免这些问题，Java提供了一套完整的并发编程框架，包括任务(Task)和执行器(Executors)的概念。这些工具可以帮助更容易地实现线程的隔离，从而在不改变提交逻辑的情况下，灵活地改变执行策略。
对象池是一种常见的资源管理技术，它通过预先创建并存储一组对象，来减少创建和销毁对象的开销。在多线程环境中，对象池可以有效地减少线程间的资源竞争，提高程序的响应速度。
假设正在开发一个在线多人游戏，需要为玩家提供多个程序生成的关卡。由于关卡生成是一个资源密集型的操作，希望避免让玩家等待过长的时间。因此，打算维护一个已经生成的关卡池，以便立即提供给玩家。同时，也希望支持并行创建额外的关卡，以保持缓存始终处于满状态。
在Java中，可以使用BlockingQueue来实现对象池。BlockingQueue通常用于在不同线程之间生产和消费元素。当队列为空时，它可以阻塞消费线程，甚至在指定的时间后超时，以避免无限期等待。Java提供了多种BlockingQueue的实现，例如LinkedBlockingQueue。
为了补充缓存，将使用一个简单的固定线程池，配置线程数量来生产新的对象。这里的“固定”意味着线程数量有一个最大值，提交的操作将等待线程可用。
可以通过提交任务到线程池来实现缓存的补充。如果直接在refill方法中完成这个操作，该方法将会阻塞，直到缓存被填满，这在效率上并不理想。
最后，可以编写请求对象的方法。如果超时，它将返回null；如果返回了对象，则调用refill方法。
以下是完整的ExpensiveObjectPool类实现，它包含了对象池的核心逻辑。
public abstract class ExpensiveObjectPool<T> {
private class CallbackTask implements Runnable {
private final Callable<T> callable;
public CallbackTask(final Callable<T> callable) {
this.callable = callable;
}
@Override
public void run() {
try {
ExpensiveObjectPool.this.pool.add(this.callable.call());
} catch (Exception e) {
// do nothing
}
}
}
private final int capacity;
private final BlockingQueue<T> pool = new LinkedBlockingQueue<T>();
private final ExecutorService poolService;
private final TimeUnit timeoutUnit;
private final long timeout;
public ExpensiveObjectPool(final int capacity, final int nThreads, final long timeout, final TimeUnit timeUnit) {
this.capacity = capacity;
this.timeout = timeout;
this.timeoutUnit = timeUnit;
this.poolService = Executors.newFixedThreadPool(nThreads);
refill(this.capacity);
}
public T requestObject() {
try {
T expensiveObject = this.pool.poll(this.timeout, this.timeoutUnit);
refill(1);
return expensiveObject;
} catch (InterruptedException e) {
return null;
}
}
private void refill(final int nObjects) {
for (int i = 0; i < nObjects; i++) {
Callable<T> callable = new Callable<T>() {
@Override
public T call() throws Exception {
return produce();
}
};
this.poolService.submit(new CallbackTask(callable));
}
}
protected abstract T produce();
}
public class LevelPool extends ExpensiveObjectPool<Integer> {
public LevelPool() {
super(5, 10, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS);
}
@Override
protected Integer produce() {
try {
// simulate work
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
}
return (int)(Math.random() * 100);
}
public static void main(String[] args) {
LevelPool levelPool = new LevelPool();
for (int i = 0; i < 50; i++) {
System.out.println(levelPool.requestObject());
}
}
}