Java並發（具體實例）——幾個例子

一步步優化頁面渲染功能                                                          

      本節將模擬一個簡單的頁面渲染功能，它的作用是將HTML頁面繪制到圖像緩存中，為了簡便，假設HTML文件只包含標簽文本以及預訂大小的圖片和URL。

1、串行的頁面渲染器

      最簡單的實現方式是對HTML文檔進行串行處理：先繪制文本，然后繪制圖像，串行處理：

public class SingleThreadRenderer {
    void renderPage(CharSequence source) {
        renderText(source);
        List<ImageData> imageData = new ArrayList<ImageData>();
        for (ImageInfo imageInfo : scanForImageInfo(source))
            imageData.add(imageInfo.downloadImage());
        for (ImageData data : imageData)
            renderImage(data);
    }
}

　　這種實現方式有個問題，因為圖像下載過程的大部分時間都是在等待I/O操作執行完成，在這期間CPU幾乎不做任何工作。因此，這種執行方式沒有充分地利用CPU，使得用戶在看到最終頁面之前要等待過長時間。通過將問題分解為多個獨立的任務並發執行，能夠活得更高的CPU利用率和響應靈敏度。

2、使用Future實現頁面渲染器

      為了使頁面渲染器實現更高的並發性，首先將渲染過程分解為兩個任務，一個是渲染所有的文本，另一個是下載所有的圖像（一個是CPU密集型，一個是I/O密集型）。Callable和Future有助於表示這種協同任務的交互，以下代碼首先創建一個Callable來下載所有的圖像，當主任務需要圖像時，它會等待Future.get的調用結果。如果幸運的話，圖像可能已經下載完成，即使沒有，至少也已經提前開始下載。

public class FutureRenderer {
    private final ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();

    void renderPage(CharSequence source) {
        final List<ImageInfo> imageInfos = scanForImageInfo(source);
        Callable<List<ImageData>> task =
                new Callable<List<ImageData>>() {
                    public List<ImageData> call() {
                        List<ImageData> result = new ArrayList<ImageData>();
                        for (ImageInfo imageInfo : imageInfos)
                            result.add(imageInfo.downloadImage());
                        return result;
                    }
                };

        Future<List<ImageData>> future = executor.submit(task);
        renderText(source);

        try {
            List<ImageData> imageData = future.get();
            for (ImageData data : imageData)
                renderImage(data);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
            future.cancel(true);
        } catch (ExecutionException e) {
            throw launderThrowable(e.getCause());
        }
    }
}

　　當然，我們還可以優化，用戶其實不需要等待所有圖像下載完成，我們可以每下載完一張圖像就立刻顯示出來。

3、使用CompletionService實現頁面渲染器

      要實現下載完一張就立刻繪制，我們需要及時知道圖片下載完成，對於這種場景，CompletionService十分符合需求。CompletionService將生產新的異步任務與使用已完成任務的結果分離開來的服務。生產者 submit 執行的任務，使用者 take 已完成的任務，並按照完成這些任務的順序處理它們的結果。下面的代碼使用CompletionService改寫了頁面渲染器的實現：

public abstract class Renderer {
    private final ExecutorService executor;

    Renderer(ExecutorService executor) {
        this.executor = executor;
    }

    void renderPage(CharSequence source) {
        final List<ImageInfo> info = scanForImageInfo(source);
        CompletionService<ImageData> completionService =
                new ExecutorCompletionService<ImageData>(executor);
        for (final ImageInfo imageInfo : info)
            completionService.submit(new Callable<ImageData>() {
                public ImageData call() {
                    return imageInfo.downloadImage();
                }
            });

        renderText(source);

        try {
            for (int t = 0, n = info.size(); t < n; t++) {
                Future<ImageData> f = completionService.take();
                ImageData imageData = f.get();
                renderImage(imageData);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        } catch (ExecutionException e) {
            throw launderThrowable(e.getCause());
        }
    }
}

為任務設置時限                                                                       

      有時候，如果某個任務無法在指定時間內完成，那么將不再需要它的結果，此時可以放棄這個任務。例如，某個Web應用程序從外部的廣告服務器上獲取廣告信息，但是如果該應用程序在兩秒內得不到響應，那么將顯示一個默認的廣告頁，這樣即使不能活得廣告信息，也不會降低站點的響應性能，對於這種需求，Future.get方法可以實現：

    Page renderPageWithAd() throws InterruptedException {
        long endNanos = System.nanoTime() + TIME_BUDGET;
        Future<Ad> f = exec.submit(new FetchAdTask());
        // Render the page while waiting for the ad
        Page page = renderPageBody();
        Ad ad;
        try {
            // Only wait for the remaining time budget
            long timeLeft = endNanos - System.nanoTime();
            ad = f.get(timeLeft, NANOSECONDS);
        } catch (ExecutionException e) {
            ad = DEFAULT_AD;
        } catch (TimeoutException e) {
            ad = DEFAULT_AD;
            f.cancel(true);
        }
        page.setAd(ad);
        return page;
    }

　　這種"預訂時間"的方法可以很容易地擴展到任意數量的任務上，考慮這樣一個旅行網站：用戶輸入旅行日期及要求，網站通過多種途徑獲取結果，此時，不應該讓頁面的響應時間受限於最慢的途徑，而應該只顯示在指定時間內收到的消息，我們可以通過使用支持限時的invokeAll，將多個任務提交到一個ExecutorService的方式實現這個需求：

public class TimeBudget {
    private static ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

    public List<TravelQuote> getRankedTravelQuotes(TravelInfo travelInfo, Set<TravelCompany> companies,
                                                   Comparator<TravelQuote> ranking, long time, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException {
        List<QuoteTask> tasks = new ArrayList<QuoteTask>();
        for (TravelCompany company : companies)
            tasks.add(new QuoteTask(company, travelInfo));

        List<Future<TravelQuote>> futures = exec.invokeAll(tasks, time, unit);

        List<TravelQuote> quotes =
                new ArrayList<TravelQuote>(tasks.size());
        Iterator<QuoteTask> taskIter = tasks.iterator();
        for (Future<TravelQuote> f : futures) {
            QuoteTask task = taskIter.next();
            try {
                quotes.add(f.get());
            } catch (ExecutionException e) {
                quotes.add(task.getFailureQuote(e.getCause()));
            } catch (CancellationException e) {
                quotes.add(task.getTimeoutQuote(e));
            }
        }

        Collections.sort(quotes, ranking);
        return quotes;
    }

}

class QuoteTask implements Callable<TravelQuote> {
    private final TravelCompany company;
    private final TravelInfo travelInfo;

    public QuoteTask(TravelCompany company, TravelInfo travelInfo) {
        this.company = company;
        this.travelInfo = travelInfo;
    }

    TravelQuote getFailureQuote(Throwable t) {
        return null;
    }

    TravelQuote getTimeoutQuote(CancellationException e) {
        return null;
    }

    public TravelQuote call() throws Exception {
        return company.solicitQuote(travelInfo);
    }
}

interface TravelCompany {
    TravelQuote solicitQuote(TravelInfo travelInfo) throws Exception;
}

interface TravelQuote {
}

interface TravelInfo {
}

      例子來自：《Java並發編程實戰》