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【課程學習】多執行緒基礎應用

2020-12-19 12:11:52 後端開發

多執行緒基礎應用

本文講述簡單的多執行緒應用:

1、多執行緒排序,即把資料存放在一維陣列中,首先對資料進行分段,接著對每 一段資料采用經典排序演算法實作排序,最后把各段資料進行合并排序,請完成程式撰寫,

2、多執行緒求陣列最大值,即把資料存放在一維陣列中,首先對資料進行分段, 接著對每一段資料求得最大值,最后把各段資料最大值進行比較從而得出整個 陣列的最大值,請完成程式撰寫,

3、采用執行緒實作“生產者-消費者”編程的基礎模型,

第一題:多執行緒排序

先試一下我們不用多執行緒的情況,以快速排序為例

package advance1;/*
 * @Author: Gnight
 * @Date: 2020/12/17 23:32
 * @Description:
    單執行緒的快速排序,太多資料堆疊會溢位
 */

import java.util.Arrays;

public class JavaDemo {

    public static int[] arr;

    public static void main(String[] args) {
        //隨機生成數值
        arr = new int[100];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = (int) (Math.random() * 1000);
        }
        new JavaDemo().doSort(0, arr.length - 1);
        for (int element : arr) {
            System.out.println(element);
        }
    }

    public void doSort(int low, int high) {
        if (low < high) {
            int index = quickSort(low, high);//實際的排序流程
            doSort(low, index - 1);
            doSort(index + 1, high);
        }
    }

    public int quickSort(int i, int j) {
        int key = arr[i];//基準值
        while (i < j) {
            //找出第一個右邊要交換的
            while (i < j && arr[j] >= key) j--;
            if (i < j) arr[i] = arr[j];
            //找出第一個左邊要交換的
            while (i < j && arr[i] <= key) i++;
            if (i < j) arr[j] = arr[i];
        }
        // i== j的情況
        arr[i] = key;
        return i;
    }
}

那么如何實作多執行緒呢?

  1. 對資料分段,分別建立執行緒執行

  2. 合并每一段的結果

資料分段:

//根據我們設立的執行緒數來分段
for (int i = 0; i < threadNum; i++) {
    int[] temp = Arrays.copyOfRange(arr, i * arr.length / threadNum, 
       						(i + 1) * arr.length / threadNum);
    //theadNum就是執行緒數
}

快排執行緒:采用Callable介面,可以有回傳值

package advance1;/*
 * @Author: Gnight
 * @Date: 2020/12/17 19:10
 * @Description:
    多執行緒實作快排
 */

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

//快排多執行緒
public class sortThread implements Callable<int[]> {

    private int[] arr;
    private int low;
    private int high;
    private CountDownLatch count;

    public sortThread(int[] arr, int low, int high, CountDownLatch count) {
        this.arr = arr;
        this.low = low;
        this.high = high;
        this.count = count;
    }

    public int[] call() throws Exception {
        System.out.println("執行緒 " + Thread.currentThread().getName() + " 開始");
        doSort(low, high);
        int[] res = new int[high - low + 1];
        int index = 0;
        for (int i = low; i < high + 1; i++) {
            res[index++] = arr[i];
        }
        try {
            return arr;
        } finally {
            count.countDown();
            System.out.println("執行緒 " + Thread.currentThread().getName() + " 結束");
        }
    }

    public void doSort(int low, int high) {
        if (low < high) {
            int index = quickSort(low, high);//實際的排序流程
            doSort(low, index - 1);
            doSort(index + 1, high);
        }
    }

    public int quickSort(int i, int j) {
        int key = arr[i];//基準值
        while (i < j) {
            //找出第一個右邊要交換的
            while (i < j && arr[j] >= key) j--;
            if (i < j) arr[i] = arr[j];
            //找出第一個左邊要交換的
            while (i < j && arr[i] <= key) i++;
            if (i < j) arr[j] = arr[i];
        }
        // i== j的情況
        arr[i] = key;
        return i;
    }
}

創建多執行緒,使用CountDownLatch保證前面都完成后再對資料段合并

try {
    CountDownLatch count = new CountDownLatch(threadNum);
    for (int i = 0; i < threadNum; i++) {
        int[] temp = Arrays.copyOfRange(arr, i * arr.length / threadNum, (i + 1) * arr.length / threadNum);
        Future<int[]> future = pool.submit(new sortThread(temp, 0,
                        temp.length - 1, count));
        res[i] = future.get();
    }
    /*
    使用CountDownLatch來保證前面執行緒都排序完,然后對排序完的升序陣列合并
    */
    count.await();
    //這里排序亦可使用多執行緒
    int[] m1 = merge(res[0], res[1]);
    int[] m2 = merge(res[2], res[3]);
    arr = merge(m1, m2);
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

完整代碼

package advance1;/*
 * @Author: Gnight
 * @Date: 2020/12/17 12:38
 * @Description:
    多執行緒實作排序:合并的時候也可以使用多執行緒
 */

import java.util.Arrays;
import java.util.concurrent.*;

public class SortDemo {

    public static void main(String[] args) {

        //執行緒數
        int threadNum = 4;
        System.out.println("創建執行緒數:" + threadNum);

        //創建執行緒池
        ThreadPoolExecutor pool = (ThreadPoolExecutor) Executors.newFixedThreadPool(threadNum);

        int[] arr = new int[5000000];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = (int) (Math.random() * 1000);
        }

//        display("排序前:", arr, ""); 太多了暫時不顯示

        //最后的陣列
        int[][] res = new int[threadNum][];

        //多執行緒排序
        try {
            CountDownLatch count = new CountDownLatch(threadNum);
            for (int i = 0; i < threadNum; i++) {
                int[] temp = Arrays.copyOfRange(arr, i * arr.length / threadNum, (i + 1) * arr.length / threadNum);
                Future<int[]> future = pool.submit(new sortThread(temp, 0,
                        temp.length - 1, count));
                res[i] = future.get();
            }
            count.await();
            //將結果歸并,可改為多執行緒
            int[] m1 = merge(res[0], res[1]);
            int[] m2 = merge(res[2], res[3]);
            arr = merge(m1, m2);
            display("排序后:", arr, "");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        pool.shutdown();//關閉執行緒池

    }

    public static int[] merge(int[] a, int[] b) {
        int la = a.length, lb = b.length;
        int i = 0, j = 0, index = 0;
        int res[] = new int[la + lb];
        while (i < la && j < lb) {
            res[index++] = a[i] <= b[j] ? a[i++] : b[j++];
        }
        while (i < la) {
            res[index++] = a[i++];
        }
        while (j < lb) {
            res[index++] = b[j++];
        }
        return res;
    }

    public static void display(String prefix, int[] arr, String suffix) {
        System.out.print(prefix);
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            if (i % 20 == 0) System.out.println();
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }
        System.out.println(suffix);
    }

}

第二題:多執行緒求陣列最大值

同樣分組完后在對資料處理,由于差不多所以直接看代碼吧

具體執行緒實作

package advance2;/*
 * @Author: Gnight
 * @Date: 2020/12/17 22:51
 * @Description:

 */

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

import static java.lang.Character.MIN_VALUE;

public class getMaxThread implements Callable<Integer> {

    private int[] arr;
    private CountDownLatch count;

    public getMaxThread(int[] arr, CountDownLatch count) {
        this.arr = arr;
        this.count = count;
    }

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        if (arr == null || arr.length <= 0) return null;
        int max = MIN_VALUE;
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            if (max < arr[i]) max = arr[i];
        }
        count.countDown();
        return max;
    }
}

測驗類

package advance2;/*
 * @Author: Gnight
 * @Date: 2020/12/17 22:49
 * @Description:
    求最大值(多執行緒)
 */

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.concurrent.*;

public class getMaxDemo {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //執行緒數
        int threadNum = 4;
        System.out.println("創建執行緒數:" + threadNum);

        //創建執行緒池
        ThreadPoolExecutor pool = (ThreadPoolExecutor) Executors.newFixedThreadPool(threadNum);

        int[] arr = new int[20];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = (int) (Math.random() * 1000);
        }
        //初始化后的陣列為
        display("初始化:", arr);

        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        CountDownLatch count = new CountDownLatch(threadNum);
        for (int i = 0; i < threadNum; i++) {
            int[] subArray = Arrays.copyOfRange(arr, i * arr.length / threadNum, (i + 1) * arr.length / threadNum);
            Future<Integer> future = pool.submit(new getMaxThread(subArray, count));
            list.add(future.get());
        }
        count.await();//等待都搞定
        int max = list.get(0);
        for (int i = 1; i < list.size(); i++) {
            if (max < list.get(i)) max = list.get(i);
        }
        System.out.println("\n最大值為:" + max);
        pool.shutdown();
    }

    public static void display(String prefix, int[] arr) {
        System.out.print(prefix);
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            if (i % 20 == 0) System.out.println();
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }
    }
}

第三題:生產者&消費者

這個要注意的就是執行緒安全,可以采用阻塞佇列來實作

定義產品類

package advance3;/*
 * @Author: Gnight
 * @Date: 2020/12/17 23:05
 * @Description:
    產品
 */

public class Product {
    private String name;

    public Product(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Product{" +
                "name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
}

主要類

package advance3;/*
 * @Author: Gnight
 * @Date: 2020/12/17 23:01
 * @Description:
    生產者與消費者模型
 */

import java.util.*;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

public class JavaDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //執行緒安全的佇列
        LinkedBlockingQueue<Product> queue = new LinkedBlockingQueue<>();
        //生成著
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(() -> {
                while (true) {
                    Product product = new Product(UUID.randomUUID().toString());
                    queue.add(product);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  生產了新產品:" + product.toString());
                    try {
                        Thread.currentThread().sleep(1000);//生產完休息一下
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }, "執行緒 " + String.valueOf(i)).start();
        }
        //消費者
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                while (true) {
                    Product product = queue.poll();
                    if (product != null)
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  消費了產品:" + product.toString());
                    try {
                        Thread.currentThread().sleep(2000);//消費完休息一下
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }, "執行緒 " + String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

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  • 理解函式指標和回呼函式

    理解 函式指標 指向函式的指標。比如: 理解函式指標的偽代碼 void (*p)(int type, char *data); // 定義一個函式指標p void func(int type, char *data); // 宣告一個函式func p = func; // 將指標p指向函式func ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:52 more
  • Django筆記二十五之資料庫函式之日期函式

    本文首發于公眾號:Hunter后端 原文鏈接:Django筆記二十五之資料庫函式之日期函式 日期函式主要介紹兩個大類,Extract() 和 Trunc() Extract() 函式作用是提取日期,比如我們可以提取一個日期欄位的年份,月份,日等資料 Trunc() 的作用則是截取,比如 2022-0 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:45 more
  • 一天吃透JVM面試八股文

    什么是JVM? JVM,全稱Java Virtual Machine(Java虛擬機),是通過在實際的計算機上仿真模擬各種計算機功能來實作的。由一套位元組碼指令集、一組暫存器、一個堆疊、一個垃圾回收堆和一個存盤方法域等組成。JVM屏蔽了與作業系統平臺相關的資訊,使得Java程式只需要生成在Java虛擬機 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:31 more
  • 使用Java接入小程式訂閱訊息!

    更新完微信服務號的模板訊息之后,我又趕緊把微信小程式的訂閱訊息給實作了!之前我一直以為微信小程式也是要企業才能申請,沒想到小程式個人就能申請。 訊息推送平臺🔥推送下發【郵件】【短信】【微信服務號】【微信小程式】【企業微信】【釘釘】等訊息型別。 https://gitee.com/zhongfuch ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:59 more
  • java -- 緩沖流、轉換流、序列化流

    緩沖流 緩沖流, 也叫高效流, 按照資料型別分類: 位元組緩沖流:BufferedInputStream,BufferedOutputStream 字符緩沖流:BufferedReader,BufferedWriter 緩沖流的基本原理,是在創建流物件時,會創建一個內置的默認大小的緩沖區陣列,通過緩沖 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:49 more
  • Java-SpringBoot-Range請求頭設定實作視頻分段傳輸

    老實說,人太懶了,現在基本都不喜歡寫筆記了,但是網上有關Range請求頭的文章都太水了 下面是抄的一段StackOverflow的代碼...自己大修改過的,寫的注釋挺全的,應該直接看得懂,就不解釋了 寫的不好...只是希望能給視頻網站開發的新手一點點幫助吧. 業務場景:視頻分段傳輸、視頻多段傳輸(理 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:42 more
  • Windows 10開發教程_編程入門自學教程_菜鳥教程-免費教程分享

    教程簡介 Windows 10開發入門教程 - 從簡單的步驟了解Windows 10開發,從基本到高級概念,包括簡介,UWP,第一個應用程式,商店,XAML控制元件,資料系結,XAML性能,自適應設計,自適應UI,自適應代碼,檔案管理,SQLite資料庫,應用程式到應用程式通信,應用程式本地化,應用程式 ......

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