Java进阶 Java应用程序中动态分配CPU资源[1]

Java的线程调度 *** 作在运行时是与平台无关的 一个多任务系统需要在任务之间实现QoS(Quality of Service)管理时 如果CPU资源的分配基于Java线程的优先级 那么它在不同平台上运行时的效果是很难预测的 本文利用协调式多任务模型 提出一个与平台无关 并且能在任务间动态分配CPU资源的方案

现在 由于计算机系统已经从人机交互逐步向机机交互转化 计算机和计算机之间的业务对于时间的要求非常高 软件系统对于业务的支持已经不仅表现为对不同业务的逻辑和数据(算法+数据结构)支持 而且还表现为对同时处理不同任务的时效性 (任务响应速度)支持 一般 任务响应的速度可以通过算法优化及并行运算分担负载等手段来提高 但是 用户业务逻辑的复杂度决定了算法优化的发挥空间 硬件规模决定了所能够承担负载的大小 我们利用Java平台的特点 借鉴协调式多任务思想 使CPU资源能够在任务间动态分配 从而为时间要求强的任务分配更多的CPU运行资源 这也可以充分利用现有硬件 为用户业务提供最大的保障

用Java解决问题

本着软件系统结构和现实系统结构一致的思想 开发复杂业务服务的程序一般按照计算机任务和现实业务对应的思路 最终形成一个大规模的多任务系统 由于其跨平台性 Java系统可以随着业务的扩大 平滑地升级到各种硬件平台上 由于 Java自身的发展及其应用场合的不断扩大 用它实现多任务系统已经成为当前的应用方向 在J EE(Java Enterprise Edition)推出以后 Sun公司已经将Java的重心放在了服务器端(Server Side)系统的构造上 由于客户/服务器模型固有的多对一的关系 服务器端程序也必然是一个多任务系统

在Java多任务应用中 动态地将CPU资源在任务间分配有很重要的意义 比如一个 Internet服务商的系统往往有多种任务同时运行 有HTTP FTP MAIL等协议的支持 也有商务 娱乐 生活 咨询等业务的服务 在白天 网站希望系统的CPU资源尽量保障网上用户的服务质量 提高电子商务等任务的响应速度晚上则希望让自己的娱乐服务和资料下载尽可能满足下班后人们的需要 另外 在新兴的网管(比如TMN Telemunication Management Neork)等应用领域中 服务程序往往需要支持成千上万个并发响应事件的被管理对象(MO Managed Object) 对于被管理对象执行的 *** 作 不同用户在不同时刻往往有不同的时间要求

方案选择

在考虑动态分配CPU资源的实施方案时 往往有以下两点要求

须充分利用现有硬件资源 在系统空闲时 让低优先级任务也能够得到系统所能给予的最快响应

当硬件资源超负荷运行时 虽然系统中有大规模 多数量的任务不能处理 但它不应受影响 而能够顺利处理那些能够被处理的 最重要的高优先级任务

多任务系统要用多线程实现的最简单方法就是将线程和任务一一对应 动态调整线程的优先级 利用线程调度来完成CPU资源在不同任务间动态分配 这种思路在以前使用本地化代码(Native Code) 充分利用特定硬件和 *** 作系统技巧的基础上是基本可行的 但在跨平台的Java环境中 这个思路对仅有小规模任务数的简单系统才可行 原因有以下两点

lishixinzhi/Article/program/Java/hx/201311/27234

.检查程序的配置文件，确保正确配置了资源文件的路径。

2.检查资源文件的格式是否正确，确保资源文件的格式与程序要求的格式一致。

3.检查资源文件是否完整，确保所需要的资源文件都存在。

4.检查程序的编译环境，确保已正确安装了 Java 运行环境。

5.检查程序的类路径是否正确

方案选择

在考虑动态分配CPU资源实施方案时，往往有以下两点要求：

1. 须充分利用现有硬件资源，在系统空闲时，让低优先级任务也能够得到系统所能给予最快响应。

2.当硬件资源超负荷运行时，虽然系统中有大规模、多数量任务不能处理，但它不应受影响，而能够顺利处理那些能够被处理、最重要高优先级任务。

多任务系统要用多线程实现最简单方法就是将线程和任务一一对应，动态调整线程优先级，利用线程调度来完成CPU资源在不同任务间动态分配。这种思路在以前使用本地化代码(Native Code)，充分利用特定硬件和 *** 作系统技巧基础上是基本可行。但在跨平台Java环境中，这个思路对仅有小规模任务数简单系统才可行，原因有以下两点：

1. Java线程虽然在编程角度(API)是与平台无关，但它运行效果却和不同 *** 作系统平台密切相关。为了利用更多CPU资源，Java中一个线程(Thread)就对应着不同 *** 作系统下一个真实线程。因为Java虚拟机没有实现线程调度，所以这些Java线程在不同 *** 作系统调度下运行差异性也就比较明显。例如在Windows系统中，不仅线程优先级少于Java API参数规定十个优先级，而且微软明确反对程序员动态调整线程优先级。即使在 *** 作系统中有足够优先权，让线程优先级参数和真实线程优先级对应，不同 *** 作系统调度方式也会有许多不同。这最终会造成代码在不同平台上行为变得不可预测。这就很难满足复杂、大规模并发任务众多优先级需求，从而很难达到用户业务需要达到效果。

2. 由于在Java系统中，线程被包装在一个Java语言对象类—Thread中，所以为了完成Java语言对象和 *** 作系统线程对应，Java线程系统开销还是比较大(在NT 4.0中，平均每个线程大致占用30KB内存)。因此如果让Thread对象个数和成千上万任务数同比例增长，就显然是不合理。

内容摘要：本文利用协调式多任务模型，提出一个与平台无关、并且能在任务间动态分配CPU资源方案。

综上所述，根据并发多任务大规模需求和Java平台固有特点，想要利用Java Thread对象优先级调整CPU资源分配是非常困难，所以应该尽量避免让线程和任务直接对应，也尽量避免使用 *** 作系统线程优先级调度机制。

解决方案

根据以上分析，问题症结在于：多任务系统中任务在Java语言中对应以及任务间相互调度。

　从本质上看，一个任务就是一系列对象方法调用序列，与JavaThread对象或者别类对象没有必然联系。在避免使用不同 *** 作系统线程调度且同时Java虚拟机又没有线程调度能力情况下，要想构造一个协调式多任务系统，让各个任务相互配合就成了最直接思路。协调式多任务系统一般有以下特点：

1. 任务由消息驱动，消息响应代码完成任务逻辑处理

2. 消息队列完成消息存储和管理，从而利用消息处理次序体现任务优先级不同

3. 任务中耗时消息响应逻辑能够主动放弃CPU资源，让别任务执行(像Windows 3.1中Yield函数、Visual Basic中DoEvents语句)。

可能出于巧合，Java语言具有构造协调式多任务系统天然条件。Java对象方法不仅是一个函数调用，它还是一个java.lang.reflect.Method类对象。而所有对象方法都可以通过Method类invoke方法调用。如果能使每个任务所对应一系列方法全部以对象形式包装成消息，放到消息队列中，然后再按照自己优先级算法将队列中消息取出，执行其Method对象invoke调用，那么一个基本协调式多任务系统就形成了。其中，任务优先级和线程优先级没有绑定关系。该系统主体调度函数可以设置成一个“死循环”，按照需要优先级算法处理消息队列。对于有多重循环、外设等待等耗时 *** 作消息响应函数，可以在响应函数内部递归调用主体调度函数,这一次调用把原来“死循环”改成在消息队列长度减少到一定程度(或者为空)后退出。退出后，函数返回，执行刚才没有完成消息响应逻辑，这样就非常自然地实现了协调式系统中任务主动放弃CPU资源要求。

---