Android系統執行架構之--生產-消費者模型詳解
一個系統是如何執行起來的?通過安卓的原始碼分析我們大概可以知道,Android在驅動層,在上層都採取生產-消費者模型來構建整個系統;因此對於生產-消費者模型的理解,就顯得十分重要;首先通過下圖,讓大家對生產-消費者模型有一個初步認識:
生產者負責向佇列提交任務,消費者從佇列取出任務,然後進行消費;
有人問,為什麼要設計個這麼個模型來用在軟體開發中;因為這個模型很簡單,很方便的將一個任務分解開來,有利於多執行緒的併發;有利於適應現代多核處理器,有利於現代作業系統通過分配時間片的方式來進行任務的執行;
生產-消費者模型的運用,有利於計算機更高效,更安全的管理利用唯一的硬體資源;
下面講解生產-消費者模型的實現要點:
(一)設計佇列
(二)設計提交任務的機制
(三)設計消費者消費模式
佇列的設計相對簡單,利用資料結構的知識就可以完成。
首先是佇列元素:
/**
*
* @author 徐曄
* @note 佇列元素
*/
public class Message {
public Runnable runnable;
public Message next;
public LooperHandler mHandler;
public int id;
public boolean flag = false;
public void recycle() {
mHandler = null;
next = null;
runnable = null ;
}
}
然後是佇列壓入,取出介面類:
public class MessageQueue {
public Message start = null, end = null;
private boolean waitflag = false;
/** 構造佇列 */
public MessageQueue() {
// 初始化一個連結串列
start = new Message();
end = new Message();
start.next = end;
end.next = start;
}
/**
* 判斷佇列是否為空
*/
public boolean isempty() {
// 當頭尾相遇時,佇列為空
if (start.next == end) {
return true;
} else {
return false;
}
}
/** 給佇列插入任務
** 該方法是由生產者執行緒執行,因此需要在呼叫該方法的時候對佇列進行一個鎖操作
*/
public void postMessage(Message msg) {
System.out.println("插入任務");
// 尾插法
end.next.next = msg;
msg.next = end;
// 尾結點指向連結串列的最後一個元素
end.next = msg;
if (waitflag) {
synchronized (this) {
System.out.println("喚醒");
//由於該物件在一個執行緒中執行,因此也就只有這麼一個執行緒在等待,因此呼叫的是notify();
notify();
}
}
}
/**
* 移除執行的元素
*/
private void remove(Message msg) {
start.next = msg.next;
if (start.next == end) {
end.next = start;
}
}
/**
* 獲取元素
*
* @return
*/
public Message next() {
if (isempty()) {
synchronized (this) {
try {
waitflag = true;
System.out.println("進入等待");
//喚醒等待的執行緒
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
System.out.println("/**************************************************************/");
System.out.println("獲取下一個訊息");
waitflag = false;
Message msg = start.next;
remove(msg);
return msg;
}
}
第一個問題解決了,我們來看第二個問題:提交任務的機制?提交任務屬於生產者執行緒給消費者執行緒提交任務,因此我們需要獲取到消費者執行緒的任務佇列的提交任務的介面;
下面是我的實現:
public class Looper {
/** 執行緒自帶的佇列 */
private MessageQueue queue = null;
/** 利用ThreadLocal來建立Thread和Looper的一一對應關係 */
private static ThreadLocal<Looper> loopdata = new ThreadLocal<Looper>();
private Looper() {
}
private void setQueue(MessageQueue queue) {
this.queue = queue;
}
/** 初始化該執行緒的佇列 */
public final static void prepare() {
// 保證一個執行緒對應一個Looper,一個Looper包含一個MessageQueue
if (loopdata.get() == null) {
System.err.println("設定佇列");
Looper l = new Looper();
//引出MessageQueue
l.setQueue(new MessageQueue());
loopdata.set(l);
}
}
//獲取到和呼叫者執行緒對應的佇列
public final static Looper get() {
return loopdata.get();
}
/** 給消費者執行緒的佇列壓入資料 */
void sendMessage(Message msg) {
//佇列加鎖很重要
synchronized (queue) {
queue.postMessage(msg);
}
}
/** 開始處理訊息 */
public final static void Loop() {
Looper loop = loopdata.get();
MessageQueue mqueue = loop.queue;
// 進入死迴圈,處理訊息
for (;;) {
Message msg = mqueue.next();
if (msg.mHandler == null) {
msg.mHandler = new LooperHandler(loop);
}
msg.mHandler.HandlerMessage(msg);
msg.recycle();
}
}
}
佇列壓入介面和消費介面
public class LooperHandler {
private Looper mLooper;
public LooperHandler(Looper looper) {
this.mLooper = looper;
}
/** 處理訊息 */
void HandlerMessage(Message msg) {
Runnable r=msg.runnable;
if(r!=null){
r.run();
}
}
/** 將訊息壓入佇列 */
public void sendMessage(Message msg) {
mLooper.sendMessage(msg);
}
}
好了,通過以上的構建,我們大概構造了生產–消費者模型:測試程式碼如下:
//生產者a
public class Producer implements Runnable {
private LooperHandler handler;
private int number = 0;
public Producer(LooperHandler handler) {
this.handler = handler;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
number++;
final Message msg = new Message();
msg.mHandler = handler;
msg.id=number;
msg.runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("Producer執行了第" + msg.id + "個任務");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO 自動生成的 catch 塊
e.printStackTrace();
}
}
};
handler.sendMessage(msg);
System.out.println("提交了" + number + "次");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
//生產者b
public class Producerb implements Runnable {
private LooperHandler handler;
private int number = 0;
public Producerb(LooperHandler handler) {
this.handler = handler;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
number++;
final Message msg = new Message();
msg.mHandler = handler;
msg.id=number;
msg.runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("Producerb執行了第" + msg.id + "個任務");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO 自動生成的 catch 塊
e.printStackTrace();
}
}
};
handler.sendMessage(msg);
System.out.println("提交了" + number + "次");
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
測試:
public class Customer {
public static void main(String[] args) {
new Thread() {
@Override
public void run() {
Looper.prepare();
new Thread(new Producer(new LooperHandler(Looper.get()))).start();
new Thread(new Producer(new LooperHandler(Looper.get()))).start();
Looper.Loop();
super.run();
}
}.start();
new Thread() {
@Override
public void run() {
Looper.prepare();
new Thread(new Producerb(new LooperHandler(Looper.get()))).start();
Looper.Loop();
super.run();
}
}.start();
}
}
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