探討Java多線程下載技術(shù)

韓曉艷 袁堂青

摘要：近些年，國內(nèi)的科技有了長遠的發(fā)展，在我們的日常生活中，計算機也實現(xiàn)了普及，對我們的生產(chǎn)生活影響也越來越大。目前，多線程下載技術(shù)作為目前應(yīng)用非常高的下載方案，將多線程的優(yōu)勢充分發(fā)揮了出來。通過多線程，相同時間的下載請求，可以對下載數(shù)據(jù)進行分割處理，各線程對應(yīng)不同的下載內(nèi)容，在最后組成文件，這樣就能夠有效提高下載的效率?，F(xiàn)階段，很多下載軟件都應(yīng)用了多線程下載技術(shù)。基于這一情況，該文就Java多線程下載技術(shù)開展分析研究。

關(guān)鍵詞：Java;多線程技術(shù);線程安全;計算機

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）22-0071-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

近些年我國經(jīng)濟實現(xiàn)了跳躍式的發(fā)展，人們的生活水平有了很大的提高，計算機網(wǎng)絡(luò)也已經(jīng)得到了普及。目前，人們下載網(wǎng)絡(luò)資源是獲取信息最主要的一種途徑。在獲取網(wǎng)絡(luò)資源的過程中，最重要的就是下載技術(shù)，而一個線程可以看作一個下載通道，多個線程就可以對應(yīng)多個下載通道。在相同環(huán)境下，如果有了多線程技術(shù)，那么下載速度就會有一定程度的提高。在目前多種下載軟件中，都應(yīng)用了多線程下載技術(shù)，具有非常大的優(yōu)勢。

1 線程的基本概念及其優(yōu)劣

1.1 線程的基本概念

計算機中正在執(zhí)行的程序，被稱為“進程”，相對于程序來說，進程是一個動態(tài)的概念，是程序的一次執(zhí)行過程。線程相比較進程來說，屬于更小的運行單位，一個進程涵蓋了很多個線程，同樣能夠為用戶處理更多的問題。比如，IE瀏覽器在同時下載圖片的時候，還可以為用戶提供已經(jīng)完成下載的頁面，這也是比較典型的例子。

各進程之間是相互獨立的，彼此之間對其他線程是否存在不需要考慮。在一個任務(wù)中，線程屬于區(qū)中的一個執(zhí)行代碼，不同的線程之間可能會有一定的影響彼此存在一定的聯(lián)系，多個線程對資源進行共享。

1.2 多線程技術(shù)的優(yōu)缺點

多線程技術(shù)不但可以提高交互式，而且能夠更加高效、便捷地進行控制。在對多線程應(yīng)用的時候，可以使程序響應(yīng)速度得到提高，從而實現(xiàn)速度化、高效化的特點。另外，多線程技術(shù)存在的缺點也比較明顯，需要等待比較長的時間之外，還會在一定程度上使程序運行速度降低，使工作效率受到一定的影響，從而對資源造成了浪費。

2 下載技術(shù)框架

2.1 網(wǎng)絡(luò)下載技術(shù)

現(xiàn)階段，我國的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積正在快速地擴大，使用網(wǎng)絡(luò)的人員也越來越多，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計顯示，截至2017年，我國網(wǎng)民規(guī)模超過7億，全年共計新增網(wǎng)民4000多萬人?；ヂ?lián)網(wǎng)普及率超過了55.0%。越來越多的使用者，都需要通過Wed服務(wù)器實現(xiàn)訪問操作，這就致使網(wǎng)絡(luò)下載速度受到Wed服務(wù)器性能的制約?；谶@一情況，P2P技術(shù)就憑借自身的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用到了共享文件方面，主要特征包括：資源分散化、負(fù)載相對均衡化以及非中心化，能夠基于客戶機結(jié)點保存共享文件。在中央服務(wù)器缺少時，用戶也可以進行共享、傳送文件的操作。PZP技術(shù)利用多數(shù)結(jié)點傳輸數(shù)據(jù)和合作下載的方式，最大限度地改善文件傳輸?shù)男省?/p>

2.2 下載的基本構(gòu)架

目前網(wǎng)絡(luò)下載的基本架構(gòu)是P2P、C/S架構(gòu)。P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展出多源文件傳輸途徑，主要應(yīng)用有e Mule和BT;C/S架構(gòu)即客戶端/服務(wù)器架構(gòu)，由此發(fā)展出的TP下載，是在客戶端應(yīng)用多線程下載模式。傳統(tǒng)的HTTP/FTP下載屬于C/S框架的一種，這一模式下的服務(wù)器需要存儲海量的共享文件，用于文件的共享、下載以及搜索。但是也意味著大量客戶端的數(shù)據(jù)訪問都要經(jīng)過服務(wù)器這一瓶頸。BT協(xié)議的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為P2P，即Peer to Peer。P2P可以利用每個節(jié)點的資源，構(gòu)建自組網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點之間的關(guān)系屬于對等的，實現(xiàn)了不需要通過服務(wù)器就可以傳送文件。

3 Java語言的線程模型

Java語言的特點是從最底層開始支持線程，標(biāo)準(zhǔn)的Java類允許在一個給定的應(yīng)用程序中有多個線程調(diào)用同一方法，而線程彼此之間互不干擾，Java語言的這些特點為多線程應(yīng)用程序的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。在Java中是由java.lang.Thread類進行定義和描述的。程序中的線程都是Thread類的實例。因此用戶可以通過創(chuàng)建Thread的實例或定義并創(chuàng)建Thread子類的實例建立和控制自己的線程。

當(dāng)一個Java程序運行時，至少會生成一個線程，該線程由main（）方法開始的，不同的線程是無法自動啟動的，必須通過其他線程來調(diào)用。一個線程， 同進程一樣，也有從創(chuàng)建、運行到消亡的過程，因此每個線程都具有創(chuàng)建、就緒、運行、死亡四種狀態(tài)。

Java語言是目前最為流行的編程語言，有非常廣泛的應(yīng)用。Java語言的多線程編程技術(shù)可以充分利用到下載程序中，對下載任務(wù)進行分割，從而實現(xiàn)多項任務(wù)并發(fā)運行。

4 Java線程的基本結(jié)構(gòu)與使用方法

4.1 線程的創(chuàng)建、啟動

Java語言線程的創(chuàng)建有兩種方法：

第一種方法是通過繼承Thread類，即將一個類聲明為Thread類的子類，重寫run（）方法：

Class ThreadExam extends Thread {public void run（）{}}

第二種方法是實現(xiàn)Runnable接口創(chuàng)建線程：

Thread t1 = new Thread（new Runnable（）{public void run（）{}}）

新建的線程不會自動運行，必須調(diào)用線程的start（）方式執(zhí)行。該方法的調(diào)用把嵌入在線程中的虛擬CPU置為可運行狀態(tài)，意味著它可以被調(diào)度運行，但這并不意味著線程會立即運行。建議在創(chuàng)建線程的時候，使用實現(xiàn)Runnable接口的方式更加靈活。

4.2 多線程下載算法

tP= q（ts+tt）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

在公式（1）中，tP代表的是鎖外消耗時長，其占比重為q;ts為鎖內(nèi)消耗時長，tt為解及加鎖消耗時長。如果q是整數(shù)的時候，就代表第一次申請才會形成鎖競爭;如果q是小數(shù)的時候，就會產(chǎn)生重復(fù)鎖競爭。下面公式（2）、（3）、（4）運算公式為運算的并行下載時間：

若q≤h-1，則t（n）=（n+q）（ts+tt）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

若q>h-1，則t（n）=（k（q-h+1）+b+q）（ts+tt）? ? ? ? ? （3）

在上面的公式中，N代表的是文件塊數(shù)目，h代表的是線程數(shù)目，k表示的是[nh]比值，p表示的是機器處理核數(shù)，fk=ts/tt表示的是鎖粒度。

4.3 線程同步

那些需要共享對象和數(shù)據(jù)的多個線程，必須互相了解對方的狀態(tài)以及活動。不同的線程在同一時間內(nèi)不能存取同一數(shù)據(jù)，否則程序就可能出錯。因此，對于這些并發(fā)執(zhí)行卻又共享數(shù)據(jù)的線程，必須采取某些方法對它們進行同步管理。

在Java中，想要實現(xiàn)線程同步，需要基于synchronized關(guān)鍵詞，在利用該方法使用線程之前，其資源是獨享的狀態(tài)，其他的線程都處在阻塞的情況。如果這一方法執(zhí)行完成后，其他的線程才能夠使用這一方法。如果只是單純同步某一段代碼，可以采用synchronized的方式。同步程序發(fā)生異常情況的時候，就會發(fā)生饑餓或是死鎖的情況。

5 結(jié)束語

綜上所述，目前，我們在日常生產(chǎn)生活中比較常用的一種下載方案為多線程下載技術(shù)，該技術(shù)具有非常顯著的多線程優(yōu)勢，可以利用多個線程同時進行下載，每一個線程只負(fù)責(zé)下載其中一部分，大大提升了下載效率。但是并不是線程越多性能越好，當(dāng)線程超過一定數(shù)量時，線程的調(diào)度的開銷會很大，反而會讓性能降低，因此要適當(dāng)使用多線程，不能濫用。合理利用java斷點續(xù)傳功能，例如突然電腦關(guān)機了，當(dāng)再開機時已經(jīng)下載到一半的文件不需要重新開始，而是接著剛才的位置繼續(xù)下載，既可以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)流量和節(jié)省用戶時間，又給用戶良好的使用體驗。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】