Javaのラボマルチスレッド：並列コピー

優れた研究室のマルチスレッド（単純、理解可能で、自明ではなく、国民経済に役立つ）はまれです。 Javaの基本マルチスレッドに関する1つの条件と4つの実験室作業を提供します。



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条件

これは、InputStreamからOutputStreamへのシングルスレッドバイトコピーの実装です。 コピー（...）メソッドを呼び出すスレッドでコピーが発生します

import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.io.OutputStream; public class CopyUtil { public static void copy(InputStream src, OutputStream dst)throws IOException{ try (InputStream src0 = src; OutputStream dst0 = dst) { int b; while ((b = src.read()) != -1) { dst.write(b); } } } }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

これは、InputStreamからOutputStreamへのシングルスレッドコピー配列の実装です。 コピー（...）メソッドを呼び出すスレッドでコピーが発生します

 import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.io.OutputStream; public class CopyUtil { public static void copy(InputStream src, OutputStream dst)throws IOException{ byte[] buff = new byte[128]; try (InputStream src0 = src; OutputStream dst0 = dst) { int count; while ((count = src.read(buff)) != -1) { dst.write(buff, 0, count); } } } }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

これは、InputStreamからOutputStreamへの配列を持つマルチスレッドコピー機の実装です。 別の新しいストリームで読み取りと書き込みを開始し、それらをリーダーからライターにデータを転送するためのブロッキング制限キューに接続します

 import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.io.OutputStream; import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; import java.util.concurrent.BlockingQueue; import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference; public class CopyUtil { public static void copy(final InputStream src, final OutputStream dst) throws IOException { // reader-to-writer byte[]-channel final BlockingQueue<byte[]> buffer = new ArrayBlockingQueue<>(64); // exception-channel from reader/writer threads? final AtomicReference<Throwable> ex = new AtomicReference<>(); final ThreadGroup group = new ThreadGroup("read-write") { public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {ex.set(e);} }; // reader from 'src' Thread reader = new Thread(group, () -> { try (InputStream src0 = src) { // 'src0' for auto-closing while (true) { byte[] data = new byte[128]; // new data buffer int count = src.read(data, 1, 127); // read up to 127 bytes data[0] = (byte) count; // 0-byte is length-field buffer.put(data); // send to writer if (count == -1) {break;} // src empty } } catch (Exception e) {group.interrupt();} // interrupt writer }); reader.start(); // writer to 'dst' Thread writer = new Thread(group, () -> { try (OutputStream dst0 = dst) { // 'dst0' for auto-closing while (true) { byte[] data = buffer.take(); // get new data from reader if (data[0] == -1) {break;} // its last data dst.write(data, 1, data[0]); // } } catch (Exception e) {group.interrupt();} // interrupt writer }); writer.start(); // wait to complete read/write operations try { reader.join(); // wait for reader writer.join(); // wait for writer } catch (InterruptedException e) {throw new IOException(e);} if (ex.get() != null) {throw new IOException(ex.get());} } }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

次のテストを使用して、コピーを検証できます。

 import java.io.ByteArrayInputStream; import java.io.ByteArrayOutputStream; import java.io.IOException; import java.util.Arrays; import java.util.Random; public class Test { public static void main(String[] args) throws IOException { Random rnd = new Random(0); byte[] testData = new byte[64 * 1024]; rnd.nextBytes(testData); ByteArrayOutputStream dst = new ByteArrayOutputStream(); CopyUtil.copy(new ByteArrayInputStream(testData), dst); if (!Arrays.equals(testData, dst.toByteArray())) { throw new AssertionError("Lab decision wrong!"); } else { System.out.println("OK!"); } } }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

タスク＃1

最後の2スレッドソリューションでは、読み取り用と書き込み用の2つのストリームを開始します。 読み取りが新しいストリームで実行され、記録がコピー（...）を呼び出したストリームによって実行されるようにコードを書き換えます。 ちなみに、バッファの受信側のストリームはいつデータが終了したかを知っているため、いくつかの結合を取り除くことができます。

タスク＃2

最後の2スレッドソリューションでは、リーダーは絶えず新しいバイト[]を作成し、バッファーをライターに渡し、GCに送信します。 ライターからリーダーへの空のバッファーの個別のリバースキューを作成します。

タスク＃3

3つのコード例すべてで、1人のリーダーから1人のライターへのデータ転送を実装しました。 1つのリーダーから多くのライターにデータを転送するためのマルチスレッドソリューションを実装します。 すべてのライターは同一のデータを受け取ります。 リーダーとライターはそれぞれ独自のスレッドで動作します。 ライターごとにデータのコピーを個別に作成しないでください-ライターはすべてのバッファーの1つから読み取ることができますが、これらのバッファーを異なるキューに同時に保存できます（リーダーから各ライターに個別のキューが実行されます）。

 import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.io.OutputStream; public class CopyUtil { public static void copy(InputStream src, OutputStream ... dst) throws IOException { // some code } }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

タスク＃4

前のタスク＃3を実行しますが、中心部でリーダーと光線がライターに発するスタートポロジとリングトポロジを形成しません。 リーダーとライターが円を描くように並んで、バッファーを渡します。 リーダーは最初のライター、最初のライターは2番目、最後のライターはリーダーです。 そして、リーダーはバッファを再利用できます。

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