《重学Java高并发》线程之间如何协作(父子线程如何优雅交互)

简介: 《重学Java高并发》线程之间如何协作(父子线程如何优雅交互)

如果大家从事的是业务开发,在工作中如果涉及到并发,通常是引入线程池来实现并发。

但如果从事的是基础框架的开发,通常并不会直接使用线程池,会按需创建单个线程,并且为了职责的单一与提升性能,通常单个线程只会负责一个流程中的部分功能,多个线程紧密配合。


那线程与线程之间如何协作呢?如果子线程出现异常,如何通知主线程呢?


可以明确的告诉大家,子线程抛出异常,主线程是无法捕获到异常的。


请带着上述问题,开始本文的学习。


1、两个线程如何协作


这里我想拿RocketMQ中的一个场景与大家来分享,通常这也是两个线程进行协作十分经典的使用示例


在RocketMQ消费端,PUSH模式消费者在消费之前需要提前做好准备:


  • 队列负载均衡
  • 消息拉取


这里简单介绍一下相关实现:在RocketMQ消费者PUSH模式启动后,消费组中的成员发生了变化,需要进行重平衡,即进行队列重新负载,主要的依据是查询当前队列的总个数与当前消费者个数,然后使用负载均衡算法(例如平均分配),各个消费者获取分配后的队列后,依次向Broker服务端拉取消息,然后提交消费线程池消费。


单一指责设计原则出发,根据负载均衡、消息拉取两个不通的职责来看,需要设计两个线程分别处理,并且这两个线程必须相互协作,因为负责队列负载的线程需要指引消息拉取线程具体拉取哪些队列。

76a87ea2a45e0047774f06fb18a4c709.png

从上述流程图中可以看出,RocketMQ的给出的实践要点如下:


  • 引入一个阻塞队列(多线程安全),充当任务队列,两个线程都可以访问。
  • PullMessageService通过调用阻塞队列的take()方法获取任务,如果阻塞队列(任务队列)中没有待处理任务,线程则阻塞,非常关键,避免线程空轮询,造成CPU飙升。
  • RebalanceService线程的职责是根据任务负载算法生成任务,放入任务队列中,从而能够唤醒PullMessageService线程。

大家有没有发现,这不就是典型的生产者-消费者模式吗?没错,这就是。


介绍了线程之间如何协作,接下来再介绍一下如何复用一个线程。


我们还是以RocketMQ中PullMessageService线程的实现为例进行阐述。

d68fe1a23f684edf6bdff37d559373d3.png

实现经典步骤:


  • 使用 while() 进行循环,这里通常有两种实现方法:
  • while(Thread.interrupted()),即检测当前线程的中断状态,如果要停止该线程,通常是在其他线程中调用要中断线程的interrupt()方法。
  • while(!this.stoped) stoped会使用volatile关键字首饰,如果要停止该线程,并且需要暴露一个方法,用于将stoped设置为true,从而跳出循环。
  • 在while方法中从一个阻塞队列中获取待执行的任务,没有任务执行时当前线程阻塞,不消耗CPU资源。


2、如何处理异常情况


上述线程的协作方式非常的优雅,但细想一下,其实也存在问题。


如果“生产者”线程(RebalacneService)出现异常而提停止,PullMessageServicve线程可能会由于一直没有任务执行而一直阻塞,进入假死异常。


这样的问题在上述场景中或许不那么明显,笔者举一个工作中遇到的场景。


我在负责数据同步产品时,需要增量将MySQL数据库中的数据同步到mq、es等其他目标端,就按照数据拉取、数据解析、数据传输等职责设计了多个线程,其线程模型如下图所示:

06acc83f7659e21839a84662e5339ee7.png

如果解析线程出现异常(数据同步场景,碰到的最常见的异常:表结构变更引起的异常),导致解析线程不再从任务队列中获取解析任务,然后解析队列将被填满,导致MySQLBinlogPullThread线程的无限阻塞,整个数据同步流程处于假死,问题很严重,如果不及时处理,数据会积压而造成生产故障,那如何处理呢?


不做任何处理的情况下,一个线程是无法感知另外一个线程的异常状态的,从名称来看,调用栈的作用域是线程。


从上面的线程协作模型来看,可以按照职责分为生产者线程、消费者线程。


  • 生产者线程,向任务队列中添加任务
  • 消费者线程,从任务队列中获取任务并处理


2.1 生产者线程异常如何通知消费线程


如果是生产者线程出现异常,我们如何通知消费端线程呢?


笔者在实践过程中的处理方法:首先捕获生产者线程的异常,然后包装一个异常任务ErrorTask,放入到任务队列,然后消费者线程在处理任务时,首先判断任务的类型,如果是ErrorTask,则停止并退出。


给出的基本实现伪代码如下:


1、生产者线程代码

1329c9ed3c7dfaf608cfc1354b6342ed.png

重点在线程内部需要捕获异常,然后将异常封装成一个Error任务,供下游感知。


2、消费者线程代码

08291b7a7a2b9168e163b2bbbaa8898f.png


2.2 消费端线程异常如何通知生产线程


消费端线程的角色主要是从任务队列中获取任务,但自身如果出现异常,只会阻塞生产端线程,要通知发送方线程异常,通常的方式是客户端需要持有发送方的对象,并通过其提供的方法进行通知


发送者线程需要预留检测点与关闭方法,其代码如下:

b9e5be80351261a281bcecff92572164.png

关键点如下:


  • run方法中使用while(!stoped)方式进行循环,内嵌一个阻塞队列。
  • 线程提供一个改变线程状态运行的方法,shutdown,并传人是否是因为异常退出,供其他线程调用。


消费者线程的实现如下:

984f201ab47ab9fdb49f5e50fdfdf32f.png


相关实践学习
RocketMQ一站式入门使用
从源码编译、部署broker、部署namesrv,使用java客户端首发消息等一站式入门RocketMQ。
消息队列 MNS 入门课程
1、消息队列MNS简介 本节课介绍消息队列的MNS的基础概念 2、消息队列MNS特性 本节课介绍消息队列的MNS的主要特性 3、MNS的最佳实践及场景应用 本节课介绍消息队列的MNS的最佳实践及场景应用案例 4、手把手系列:消息队列MNS实操讲 本节课介绍消息队列的MNS的实际操作演示 5、动手实验:基于MNS,0基础轻松构建 Web Client 本节课带您一起基于MNS,0基础轻松构建 Web Client
相关文章
|
7天前
|
Java 程序员 开发者
深入理解Java并发编程:线程同步与锁机制
【4月更文挑战第30天】 在多线程的世界中,确保数据的一致性和线程间的有效通信是至关重要的。本文将深入探讨Java并发编程中的核心概念——线程同步与锁机制。我们将从基本的synchronized关键字开始,逐步过渡到更复杂的ReentrantLock类,并探讨它们如何帮助我们在多线程环境中保持数据完整性和避免常见的并发问题。文章还将通过示例代码,展示这些同步工具在实际开发中的应用,帮助读者构建对Java并发编程深层次的理解。
|
7天前
|
Java
Java并发编程:深入理解线程池
【4月更文挑战第30天】本文将深入探讨Java并发编程中的一个重要主题——线程池。我们将从线程池的基本概念入手,了解其工作原理和优势,然后详细介绍如何使用Java的Executor框架创建和管理线程池。最后,我们将讨论一些高级主题,如自定义线程工厂和拒绝策略。通过本文的学习,你将能够更好地理解和使用Java的线程池,提高你的并发编程能力。
|
1天前
|
安全 Java
Java中的并发编程:理解并发性与线程安全
Java作为一种广泛应用的编程语言,在并发编程方面具有显著的优势和特点。本文将探讨Java中的并发编程概念,重点关注并发性与线程安全,并提供一些实用的技巧和建议,帮助开发人员更好地理解和应用Java中的并发机制。
|
1天前
|
Java
Java中的多线程编程:基础知识与实战技巧
【5月更文挑战第6天】多线程编程是Java中的一个重要特性,它允许我们在一个程序中同时执行多个任务。本文将介绍Java多线程的基础知识,包括线程的创建、启动、同步和通信,以及如何在Java中实现多线程编程。通过实例代码和解析,帮助读者深入理解Java多线程编程的概念和应用。
|
2天前
|
Java
Java中的多线程编程:基础知识与实践
【5月更文挑战第5天】在现代软件开发中,多线程编程是一个重要的概念,尤其是在Java这样的多平台、高性能的编程语言中。通过多线程,我们可以实现并行处理,提高程序的运行效率。本文将介绍Java中多线程编程的基础知识,包括线程的概念、创建和控制方法,以及一些常见的多线程问题和解决方案。
|
5天前
|
存储 缓存 前端开发
Java串口通信技术探究3:RXTX库线程 优化系统性能的SerialPortEventListener类
Java串口通信技术探究3:RXTX库线程 优化系统性能的SerialPortEventListener类
20 3
|
5天前
|
Java
JAVA难点包括异常处理、多线程、泛型和反射,以及复杂的分布式系统知识
JAVA难点包括异常处理、多线程、泛型和反射,以及复杂的分布式系统知识。入坑JAVA因它的面向对象特性、平台无关性、强大的标准库和活跃的社区支持。
20 2
|
5天前
|
Java 调度 开发者
Java中的多线程编程:基础与实践
【5月更文挑战第2天】本文将深入探讨Java中的多线程编程,从基础概念到实际应用,为读者提供全面的理解和实践指导。我们将首先介绍线程的基本概念和重要性,然后详细解析Java中实现多线程的两种主要方式:继承Thread类和实现Runnable接口。接着,我们将探讨线程同步的问题,包括synchronized关键字和Lock接口的使用。最后,我们将通过一个实际的生产者-消费者模型来演示多线程编程的实践应用。
|
5天前
|
安全 Java 程序员
Java中的多线程编程:从理论到实践
【5月更文挑战第2天】 在计算机科学中,多线程编程是一项重要的技术,它允许多个任务在同一时间段内并发执行。在Java中,多线程编程是通过创建并管理线程来实现的。本文将深入探讨Java中的多线程编程,包括线程的概念、如何创建和管理线程、以及多线程编程的一些常见问题和解决方案。
17 1
|
6天前
|
存储 安全 Java
深入理解Java并发编程:线程安全与性能优化
【5月更文挑战第1天】本文将深入探讨Java并发编程的核心概念,包括线程安全和性能优化。我们将详细分析线程安全问题的根源,以及如何通过合理的设计和编码实践来避免常见的并发问题。同时,我们还将探讨如何在保证线程安全的前提下,提高程序的并发性能,包括使用高效的同步机制、减少锁的竞争以及利用现代硬件的并行能力等技术手段。

热门文章

最新文章