Java 多线程实现

Qin Yang
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关键字

Java、多线程、并发、线程池、CountDownLatch

背景环境

问题场景

  • 需要上传数千个文件到文件服务器
  • 单个文件上传耗时约 30 秒
  • 串行上传总耗时过长
  • 需要实现并发上传以提高效率

原因分析

核心问题

  1. 并发控制
    • 需要确保多个线程能够安全地处理不同文件
    • 需要解决线程间的同步问题
  2. 结果收集
    • 需要记录每个文件的上传结果（成功/失败）
  3. 资源管理
    • 需要合理管理线程资源，避免资源耗尽

解决过程

方案探索

尝试方案 实现方式 问题分析
Runnable 接口 实现 Runnable 接口创建线程 run 方法无返回值，无法直接获取结果
Thread 继承 继承 Thread 类创建线程 代码侵入性较强，不够灵活
线程池+CountDownLatch 使用线程池管理，CountDownLatch 同步 最终采用方案，灵活高效

最终解决

标准化解决方案

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;

public class ConcurrencyResultExample {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int poolSize = 2;
        int numberOfThreads = 2;

        // 创建线程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(poolSize);
        // 创建同步计数器
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(numberOfThreads);

        List<String> results = new ArrayList<>();

        for (int i = 0; i < numberOfThreads; i++) {
            final int index = i;
            executor.execute(() -> {
                try {
                    // 执行任务
                    String result = "Result from Thread " + index;
                    Thread.sleep(2000); // 模拟操作
                    
                    // 线程安全地添加结果
                    synchronized (results) {
                        results.add(result);
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                } finally {
                    // 确保计数器递减
                    latch.countDown();
                }
            });
        }

        // 等待所有线程完成
        latch.await();

        // 输出结果
        for (String result : results) {
            System.out.println(result);
        }

        executor.shutdown();
    }
}

关键点说明

  1. 线程池管理
    • 使用Executors.newFixedThreadPool创建固定大小的线程池
    • 有效控制并发线程数量，避免资源耗尽
  2. 结果收集
    • 使用synchronized块确保线程安全地操作共享结果集
  3. 同步控制
    • 使用CountDownLatch实现线程同步
    • 确保主线程在所有任务完成后继续执行

总结

  1. 并发实践
    • Java 并发编程需要特别注意线程安全和资源管理
    • 合理使用线程池可以显著提高程序性能
  2. 工具选择
    • CountDownLatch是处理并发任务同步的有效工具
    • 线程池比直接创建线程更高效、更安全
  3. 扩展思考
    • 可以将该模式封装为通用工具类
    • 适用于批量文件处理、数据导入等场景