Worker Thread模式浅谈

这就像一个工作车间工人们负责组装模型一样，例如客户会将很多装有塑料模型的箱子带到工作车间来，然后摆放在桌子上。工人必须将送过来的塑料模型一个个组装起来。他们会先取回放在桌子上的装有塑料模型的箱子，然后阅读了箱子中的说明书后开始组装，当一 箱模型组装完成后，工人们会继续去取下一个箱子。当所有模型全部组装完成后，工人们会等待新的模型被送过来。

Worker的意思是工作的人，劳动者。在Worker Thread的模式中，工人线程（Worker Thread）会逐个取回工作并进行处理。当所有工作全部完成后，工人线程会等待新的工作到来。

Worker Thread模式也被称为Background Thread（背景线程）模式。另外，如果从“保存多个工人线程的场所”这一点来看，我们也可以称这种模式为Thread Pool（线程池）模式。

下面我们结合该模式的例子进一步理解，先介绍用到的一些类：

ClientThread类的线程会向Channel类发送工作请求（委托）（说是工作，其实只是显示出委托者的名字和委托编号）。

Channel类的实例雇佣了五个工人线程(WorkerThread)进行工作。所有工人线程都在等待工作请求的到来。

工作请求到来后，工人线程会从Channel那里获取一项工作请求并开始工作。工作完成后，工人线程会回到Channel那里等待下一项工作请求。

Request表示工作请求的类,在实例中的方法execute负责“处理”请求的方法，虽说是处理，实际上只是将运行中的线程的名字和请求内容（name,number）显示出来而已，为了体现需要处理很长时间，sleep一段时间。

public class Request {

        private final String name; //委托者名字

        private final int number;  //请求的编号

        private static final Random random = new Random();

        public Request(String name, int number) {

                this.name = name;

                this.number = number;

        }

        public void execute() {

                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" execute" + this);

                try {

                        Thread.sleep(random.nextInt(1000));

                } catch (InterruptedException e) {

                }

        }

        public String toString() {

                return " [Request form " + name + ", No." + number + "]";

        }

}

WorkerThread表示工人线程的类，工人线程会进行工作。“进行工作”这个处理对应以下处理：调用takeRequest方法从Channel实例中获取一个Request的实例，调用Request实例的execute方法。

工人线程一旦启动就会一直工作，会反复执行获取一个新的Request的实例，然后调用它的execute方法的处理。

public class WorkerThread extends Thread{

        private final Channel channel;

        public WorkerThread(String name,Channel channel) {

                super(name);

                this.channel = channel;

        }

        public void run(){

                while(true) {

                        Request request = channel.takeRequest();

                        request.execute();

                }

        }

}

Channel类是负责传递工作请求以及保存工人线程的类，为了传递工作请求，我们在类中定义了requestQueue字段，用来保存请求Request的队列的角色，putRequest方法用于将请求加入到队列中，takeRequest用于取出队列中的请求。这里使用了前面篇章介绍的Producer-Consumer模式，另外，为了实现putRequest和takeRequest方法，这里还使用了前面篇章介绍的Guared Suspension模式。

类中定义了一个用于保存工人线程的threadPool字段，threadPool是WorkerThread的数组，Channel的构造函数会初始化threadPool字段并创建WorkerThread的实例。数组的大小由threads决定。这里为工人线程命名worker-0,worker-1,worker-2...

startWorkers方法用于启动所有工人线程的方法。

public class Channel {

        private static final int MAX_REQUEST = 100;

        private final Request[] requestQueue;

        private int tail;    //下次putRequest的位置

        private int head;        //下次takeRequest的位置

        private int count;   //Request的数量

        private final WorkerThread[] threadPool; //工人线程池

        public Channel(int threads) {       

                this.requestQueue = new Request[MAX_REQUEST];

                this.tail = 0;

                this.head = 0;

                this.count = 0;

                this.threadPool = new WorkerThread[threads];

                for (int i = 0; i < threadPool.length; i++) {

                        threadPool = new WorkerThread("worker-"+i,this);

                }

        }

       

        public void startWorkers() {

                for (int i = 0; i < threadPool.length; i++) {

                        threadPool.start();

                }

        }

       

        public synchronized void putRequest(Request request) {

                while(count >= requestQueue.length) {

                        try {

                                wait();

                        } catch (InterruptedException e) {

                                e.printStackTrace();

                        }

                }

                requestQueue[tail]=request;

                tail = (tail+1)%requestQueue.length;

                count++;

                notifyAll();

        }

       

        public synchronized Request takeRequest() {

                while(count <= 0) {

                        try {

                                wait();

                        } catch (InterruptedException e) {

                                e.printStackTrace();

                        }

                }

                Request request = requestQueue[head];

                head = (head+1)%requestQueue.length;

                count--;

                notifyAll();

                return request;

        }

}

ClientThread类是发送请求的类，主要做以下处理：创建Request实例，并将实例传递给Channel类的putRequest方法。

为了让程序行为有些变化，这里让程序sleep一段随机长的时间

public class ClientThread extends Thread{

        private final Channel channel;

        private static final Random random = new Random();

        public ClientThread(String name,Channel channel) {

                super(name);

                this.channel = channel;

        }

       

        public void run(){

                        try {

                                for (int i = 0; true; i++) {

                                        Request request = new Request(getName(),i);

                                        channel.putRequest(request);

                                        Thread.sleep(random.nextInt(1000));

                                }

                        } catch (InterruptedException e) {

                        }

               

        }

}

Main类：启动运行类

public class Main {

        public static void main(String[] args) {

                Channel channel = new Channel(5);

                channel.startWorkers();

                new ClientThread("Alice", channel).start();

                new ClientThread("Tom", channel).start();

                new ClientThread("Jack", channel).start();

        }

}

运行结果：

从结果看出，发送请求的ClientThread与处理请求的WorkerThread之间并没有固定的对应关系，虽然来自Alice的请求No.0是由Worker-1来处理的，但是同样来自Alice的请求No.1确是Worker-2来处理的，而No.2确是Worker-3来处理的。

工人线程并不在意发送请求的是谁，它只是处理接收到的请求即可——这就是我们要介绍的Worker Thread模式。

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