計(jì)算機(jī)Java多線程下載技術(shù)分析

張春黎

摘要：作為應(yīng)用率較高的下載方案，多線程下載技術(shù)將多線程優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮了出來(lái)，利用多線程基于相同時(shí)間下的下載請(qǐng)求，分割處理下載數(shù)據(jù)，各線程對(duì)應(yīng)相應(yīng)的下載內(nèi)容，最后共同組成數(shù)據(jù)文件，由此可使下載效率得到顯著的提升。多線程下載技術(shù)在多個(gè)下載器中有著廣泛的運(yùn)用，包括QQ旋風(fēng)、迅雷等。該研究針對(duì)計(jì)算機(jī)Java多線程下載技術(shù)進(jìn)行了分析，并開(kāi)展實(shí)例分析，借助Runnable接口，對(duì)烏龜和兔子賽跑的過(guò)程、結(jié)局開(kāi)展模擬研究。

關(guān)鍵詞：Java;線程;多線程技術(shù);線程同步

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2018）36-0016-02

當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)成為人們獲取資源的重要途徑，在取得資源的過(guò)程中，運(yùn)用的關(guān)鍵方式就是下載?？梢詫⑾螺d通道看作是線程，而多線程對(duì)應(yīng)的是將多數(shù)下載通道都打開(kāi)。服務(wù)器擁有下載的功能，用戶(hù)在共享寬帶環(huán)境下，基于優(yōu)先級(jí)狀況，能夠平均化地對(duì)下載線程進(jìn)行分配處理。下載速度會(huì)隨著線程的增多而提高，二者呈正相關(guān)的關(guān)系。多線程下載技術(shù)在當(dāng)下眾多下載軟件中都可以運(yùn)行。

1 網(wǎng)絡(luò)下載技術(shù)及基本構(gòu)架

當(dāng)前在網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積逐步擴(kuò)大的過(guò)程中，使用者的數(shù)量明顯增多，大量使用者的訪問(wèn)操作都需要由Wed服務(wù)器做出響應(yīng)，所以導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)下載技術(shù)的發(fā)展收到了來(lái)自Wed服務(wù)器性能的限制。對(duì)此，PZP 技術(shù)憑借非中心化、負(fù)載相對(duì)均衡化及資源分散化的特征能夠于共享文件方面得到廣泛運(yùn)用，可以基于客戶(hù)機(jī)結(jié)點(diǎn)對(duì)共享文件進(jìn)行保存，在缺少中央服務(wù)器的情況下，使用者間能夠?qū)ξ募M(jìn)行傳送、共享。借助帶寬（參與節(jié)點(diǎn)），PZP技術(shù)憑借合作下載及多數(shù)結(jié)點(diǎn)彼此傳輸數(shù)據(jù)的途徑，能夠使容量較大的文件傳輸率得到顯著改善，其中就涵蓋e Mule、e Donke及Bit T0rrent等[1]。

P2P、C/S是網(wǎng)絡(luò)下載主要框架類(lèi)型，HTTP下的TP下載建立在C/S架構(gòu)的基礎(chǔ)上，多線程下載途徑形成于客戶(hù)端;但是多源文件傳輸途徑以P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，形成了e Mule和BT。C/S框架涵蓋了HTTP/FTP下載途徑，該模式下的服務(wù)器存儲(chǔ)了大量的共享文件，使用者在需要時(shí)需要機(jī)遇服務(wù)器對(duì)文件開(kāi)展搜索、下載及共享等操作，因此可以將服務(wù)器看作是數(shù)據(jù)信息的中轉(zhuǎn)站，客戶(hù)端所開(kāi)展的下載、上傳等操作都需要經(jīng)過(guò)這一環(huán)節(jié)。P2P是BT協(xié)議的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，借助相應(yīng)節(jié)點(diǎn)資源，Peerto Pee能夠?qū)ψ越M織網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行構(gòu)建，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)彼此存在對(duì)等的關(guān)系，因此具備服務(wù)、被服務(wù)兩大功能，無(wú)須途徑服務(wù)器，就能夠?qū)ξ募M(jìn)行傳送。

2 可行性分析

2.1 技術(shù)可行性

計(jì)算機(jī)Java語(yǔ)言的關(guān)鍵特點(diǎn)即為多線程技術(shù)，借助對(duì)多線程程序進(jìn)行編寫(xiě)的方式，能夠允許計(jì)算機(jī)于同時(shí)對(duì)各項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行高效化的處理。利用特定語(yǔ)言能夠編寫(xiě)出靜態(tài)代碼—程序，其本質(zhì)上是計(jì)算機(jī)指令的組合結(jié)果。動(dòng)態(tài)化的執(zhí)行程序也叫作進(jìn)程，涵蓋加載代碼、執(zhí)行代碼和結(jié)束三個(gè)環(huán)節(jié)，進(jìn)程也經(jīng)歷了形成-發(fā)展-滅亡。進(jìn)程的下一級(jí)執(zhí)行單位即為線程，其作為進(jìn)程下的獨(dú)立順序控制流。各Java程序均包括主線程（缺?。?，作為Java應(yīng)用程序，main（）方法執(zhí)行的主要線索就是主線程;而作為Applet程序，控制瀏覽器對(duì)JavaApplet程序進(jìn)行執(zhí)行、記載操作的關(guān)鍵線索就是主線程。多線程在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，需要基于主線程對(duì)線程對(duì)象進(jìn)行構(gòu)建。死亡、新建、運(yùn)行、就緒及堵塞是所有線程所具有的狀態(tài)形式。

對(duì)于下載程序功能模塊，借助計(jì)算機(jī)Java 高級(jí)編程語(yǔ)言能夠發(fā)揮其功能，該編程語(yǔ)言有著多方面的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)被作為關(guān)鍵開(kāi)發(fā)工具，有著廣泛的應(yīng)用。Java語(yǔ)言的顯著特征即為多線程編程技術(shù)[2]。就多線程編程的概念來(lái)看，其能夠針對(duì)程序任務(wù)進(jìn)行劃分，形成多項(xiàng)并行子任務(wù)。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程時(shí)，能夠并發(fā)開(kāi)展多項(xiàng)功能。

計(jì)算機(jī)Java下的多線程類(lèi)的具體實(shí)現(xiàn)途徑如下：

1） 對(duì)java.lang.Thread的類(lèi)進(jìn)行拓展，并對(duì)Thread類(lèi)下run方式進(jìn)行覆蓋;

2） 對(duì)java.lang.Runnable接口的類(lèi)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行生成，使java.lang.Thread和Runnable二者的實(shí)例彼此關(guān)聯(lián)。對(duì)于類(lèi)的線程支持，關(guān)鍵由Thread 類(lèi)來(lái)供應(yīng)，類(lèi)在獲取線程功能的過(guò)程中，應(yīng)基于計(jì)算機(jī)Java下，使Thread 類(lèi)對(duì)子類(lèi)進(jìn)行派生。在對(duì)包括printThread.java的Thread 類(lèi)進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，因?yàn)橄嗤M(jìn)程下很多線程對(duì)存儲(chǔ)空間進(jìn)行了共享，這樣雖然具有一定的便利性，但是也由此產(chǎn)生了訪問(wèn)沖突的弊端[3]。而針對(duì)這類(lèi)問(wèn)題，計(jì)算機(jī)Java語(yǔ)言所具有的機(jī)制能夠有效對(duì)訪問(wèn)沖突問(wèn)題進(jìn)行處理，不會(huì)出現(xiàn)多個(gè)線程在相同的時(shí)間都訪問(wèn)相同數(shù)據(jù)的狀況。若想確保僅借助特定途徑才能對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行訪問(wèn)，就需要發(fā)揮private關(guān)鍵詞的作用，這就要研制出該途徑相對(duì)應(yīng)的機(jī)制，其在synchronized關(guān)鍵詞方面，涵蓋了synchronized塊、synchronized方式。本研究在研發(fā)過(guò)程中運(yùn)用的是 Eclipse下SWT圖形界面技術(shù)，同時(shí)也涉及了HttpClient包。

3 java下的多線程

3.1 創(chuàng)建、啟動(dòng)線程

第一種為在Runnable接口實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，對(duì)線程類(lèi)進(jìn)行定義：

Runnable 接口類(lèi)型為T(mén)hread myThread = new Thread（target）//target

Runnable下的途徑僅為：

public void run（）;能夠?qū)€程運(yùn)行體進(jìn)行定義

第二種是對(duì)Thread子類(lèi)進(jìn)行定義，也對(duì)run方式進(jìn)行重寫(xiě)：

clasMyThread extends Thread{public void run（）{}}

線程類(lèi)在對(duì)新線程進(jìn)行啟動(dòng)的過(guò)程中，需要對(duì)Thread下start（）方式進(jìn)行執(zhí)行，若認(rèn)為調(diào)用方式涵蓋了run（）方法的調(diào)用，則不能對(duì)新線程進(jìn)行啟動(dòng)，這就需要在對(duì)線程進(jìn)行創(chuàng)建的過(guò)程中首選第一種方式，其接口相對(duì)靈活化。

3.2 轉(zhuǎn)換線程狀態(tài)

對(duì)線程 start（）方式進(jìn)行調(diào)用后，線程處于就緒形態(tài)，時(shí)間片由Cpu進(jìn)行分配，則線程處于運(yùn)行形態(tài)，那么時(shí)間片會(huì)結(jié)束，若沒(méi)執(zhí)行結(jié)束run（）方法，線程就會(huì)阻塞。

3.3 sleep方法

Thread靜態(tài)方法為：

public static void sleep（long millis）throws InterruptedException

需要及時(shí)捕捉出現(xiàn)的異常狀況：

Thread.currentThread（）;//獲取當(dāng)下的線程

4 加速文件加載

4.1文件加載算法流程

因?yàn)閷拵У闹萍s影響，基于客戶(hù)端所開(kāi)展的下載操作，對(duì)于客戶(hù)端發(fā)出的請(qǐng)求，由tp=q（ts+tι）服務(wù)器端做出的響應(yīng)，二者均可歸屬為串行操作，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中就需要發(fā)揮計(jì)算機(jī)java技術(shù)下加鎖方式的作用。在加載文件時(shí)，子線程形成解鎖和重復(fù)加鎖處理。通常獨(dú)立線程在對(duì)文件進(jìn)行下載時(shí)，會(huì)遇到很多解鎖的狀況，所以q的大小和fk（鎖粒度）都同Sp（n）（加速比）存在很大的聯(lián)系。文件加載算法流程詳見(jiàn)圖1所示：

4.2 多線程加載文件算法

上述公式中，鎖外消耗時(shí)長(zhǎng)表示為[tp]，其占比重表示為q;解及加鎖消耗時(shí)長(zhǎng)表示為[ tι]，鎖內(nèi)消耗時(shí)長(zhǎng)表示為[ts]。當(dāng)q是整數(shù)的情況下，意為首次申請(qǐng)才會(huì)形成鎖競(jìng)爭(zhēng)，若q是小數(shù)，那么會(huì)重復(fù)形成鎖競(jìng)爭(zhēng)。運(yùn)算并行下載時(shí)間的運(yùn)算公式如下：

上述公式中的文件塊數(shù)目表示為N，線程數(shù)目表示為h，[nh]的比值表示為k，機(jī)器處理核數(shù)表示為p，鎖粒度表示為fk，[fk=tsti]。

結(jié)合公式得知：1）若[n]、[q]和[fk]均恒定時(shí)，因?yàn)閝等于p，min/線程數(shù)及min/處理核數(shù);2）若[fk]恒定時(shí)，，因?yàn)閝等于p，要借助移動(dòng)終端多核處理器，開(kāi)展并行處理操作;3）參考h、q二者的聯(lián)系，包括下述不同狀況：首先為[q ≤ h-1]，同q、n及[fk]都存在聯(lián)系，條件吻合時(shí)得到最小[ tn];其次為[q>h-1]，同h呈正比，因此不存在最小[tn]。

5 線程之間的同步

對(duì)相同變量進(jìn)行訪問(wèn)的過(guò)程中，對(duì)線程進(jìn)行并行執(zhí)行時(shí)，若線程A賦值變量X的過(guò)程中，線程B應(yīng)對(duì)該變量數(shù)值進(jìn)行讀取，線程A沒(méi)有賦值變量X時(shí)，B無(wú)法對(duì)數(shù)值進(jìn)行讀取，怎樣解決這樣的問(wèn)題？由此針對(duì)訪問(wèn)變量X的方式，需要借助 synchronized 關(guān)鍵詞進(jìn)行一定的修飾。該方式一旦被線程A所調(diào)用，其余線程就要經(jīng)歷等待的過(guò)程，線程A結(jié)束之后即可運(yùn)用[5]。同步方式就是借助synchronized進(jìn)行說(shuō)明，在設(shè)計(jì)多線程程序中有著廣泛的應(yīng)用，能夠確保單個(gè)線程在相同時(shí)間對(duì)方法進(jìn)行訪問(wèn)，將線程間的同步變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。協(xié)商、共享不同資源的關(guān)鍵就在于同步。

6 程序示例

6.1 實(shí)現(xiàn)過(guò)程

在對(duì)龜兔賽跑過(guò)程進(jìn)行實(shí)現(xiàn)時(shí)，借助就是計(jì)算機(jī)JAVA，而多線程的實(shí)現(xiàn)就運(yùn)用的是Runnable接口，單個(gè)類(lèi)對(duì)Runnable接口進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，基于該類(lèi)針對(duì)Runnable接口實(shí)現(xiàn)的run（ ） 方式，并不能將類(lèi)視作線程類(lèi)。對(duì)線程進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，無(wú)法借助類(lèi)的實(shí)例對(duì)start （ ） 方式進(jìn)行直接的調(diào)用，應(yīng)利用Thread類(lèi)對(duì)方法進(jìn)行構(gòu)建。在Thread（Runnable target）完成對(duì)象構(gòu)建的任務(wù)后，對(duì)Thread對(duì)象下start（）方法進(jìn)行調(diào)用，由此能夠?qū)Χ嗑€程代碼進(jìn)行運(yùn)行。

6.2 運(yùn)行結(jié)果

結(jié)合龜、兔賽跑的過(guò)程，賽跑結(jié)束對(duì)于烏龜來(lái)說(shuō)需要耗費(fèi)30S;而兔子在前2400M時(shí)耗時(shí)8S，而休息時(shí)長(zhǎng)為12S，21S后繼續(xù)賽跑，4800M于28S結(jié)束，繼續(xù)休息。兔子在休息過(guò)程中烏龜已經(jīng)結(jié)束賽跑。運(yùn)行結(jié)果詳見(jiàn)表1所示：

烏龜、兔子的同時(shí)比賽借助多線程變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。實(shí)踐生活所出現(xiàn)的多線程狀況也比較常見(jiàn)，包括：很多飛機(jī)或火車(chē)售票口在相同時(shí)間賣(mài)票，各窗口表示獨(dú)立線程。對(duì)于此，存在不同線程對(duì)相同資源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題，代表不同的窗口存在對(duì)相同票進(jìn)行售賣(mài)的可能性。所以在處理過(guò)程中，就需要運(yùn)用多線程同步的技術(shù)。

7 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合Http協(xié)議，借助Java多線程技術(shù)可以對(duì)多線程斷點(diǎn)續(xù)傳程序進(jìn)行編寫(xiě)。系統(tǒng)幫助模塊、設(shè)置管理模塊、任務(wù)管理模塊及下載分類(lèi)管理模塊共同組成了系統(tǒng)框架。子項(xiàng)目Http Client 包存在于Apache Jakarta Commons中，允許運(yùn)行Http協(xié)議，可以對(duì)服務(wù)器端資源進(jìn)行下載操作。多線程斷點(diǎn)續(xù)傳是該程序的關(guān)鍵作用，發(fā)揮多線程技術(shù)的作用，能夠使下載速率得到明顯的改善。

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[通聯(lián)編輯：光文玲]