Java Worker 设计模式

Worker模式

想解决的问题

异步执行一些任务，有返回或无返回结果

使用动机

有些时候想执行一些异步任务，如异步网络通信、daemon任务，但又不想去管理这任务的生命周。这个时候可以使用Worker模式，它会帮您管理与执行任务，并能非常方便地获取结果

结构

很多人可能为觉得这与executor很像，但executor是多线程的，它的作用更像是一个规划中心。而Worker则只是个搬运工，它自己本身只有一个线程的。每个worker有自己的任务处理逻辑，为了实现这个目的，有两种方式

1. 建立一个抽象的AbstractWorker，不同逻辑的worker对其进行不同的实现；
2. 对worker新增一个TaskProcessor不同的任务传入不同的processor即可。

第二种方式worker的角色可以很方便地改变，而且可以随时更换processor，可以理解成可”刷机”的worker    ^ ^。这里我们使用第二种方式来介绍此模式的整体结构。

针对上图，详细介绍一下几个角色：

• ConfigurableWorker：顾名思义这个就是真正干活的worker了。要实现自我生命周期管理，需要实现Runable，这样其才能以单独的线程运行，需要注意的是work最好以daemon线程的方式运行。worker里面还包括几个其它成员：taskQueue，一个阻塞性质的queue，一般BlockingArrayList就可以了，这样任务是FIFO（先进先出）的，如果要考虑任务的优先级，则可以考虑使用PriorityBlockingQueue；listeners，根据事件进行划分的事件监听者，以便于当一个任务完成的时候进行处理，需要注意的是，为了较高效地进行listener遍历，这里我推荐使用CopyOnWriteArrayList，免得每次都复制。其对应的方法有addlistener、addTask等配套方法，这个都不多说了，更详细的可以看后面的示例代码。
• WorkerTask：实际上这是一个抽象的工内容，其包括基本的id与，task的ID是Worker生成的，相当于递wtte后的一个执回，当数据执行完了的时候需要使用这个id来取结果。而后面真正实现的实体task则包含任务处理时需要的数据。
• Processor：为了实现可”刷机”的worker，我们将处理逻辑与worker分开来，processor的本职工作很简单，只需要加工传入的task数据即可，加工完成后触发fireEvent（WorkerEvent.TASK_COMPLETE）事件，之后通过Future的get即可得到最终的数据。
  

  另外再说一点，对于addTask，可以有一个overload的方法，即在输入task的同时，传入一个RejectPolice，这样可以在size过大的时候做出拒绝操作，有效避免被撑死。

  适用性/问题

  这种设计能自动处理任务，并能根据任务的优先级自动调节任务的执行顺序，一个完全独立的thread，你完全可以将其理解成一专门负责干某种活的”机器人”。它可以用于处理一些定时、请求量固定均匀且对实时性要求不是太高的任务，如日志记录，数据分析等。当然，如果想提高任务处理的数据，可以生成多个worker，就相当于雇佣更多的人来为你干活，非常直观的。当然这样一来，谁来维护这worker便成了一个问题，另外就目前这种设计下worker之间是没有通信与协同的，这些都是改进点。

  
  

  那么对于多个worker，有什么组织方式呢？这里我介绍三种，算是抛砖引玉：

  流水线式worker(assembly-line worker)

  就像生产车间上的流水线工人一样，将任务切分成几个小块，每个worker负责自己的一部分，以提高整体的生产、产出效率，如下图：

  
  
  
  

  假设完成任务 t 需要的时间为：W(t)=n，那么将任务分解成m份，流水线式的执行，每小份需要的时间便为 W(t/m)=n/m，那么执行1000条任务的时间，单个为1000n，流水线长度为L，则用这种方式所用的时间为(1000-1)*(m-L+1)*n/m+n 其中L<m，由此可见，流水线的worker越多、任务越细分，工作的效率将越高。这种主方式的问题在于，如果一个worker出现问题，那么整个流水线就将停止工作。而且任务的优先级不能动态调用，必须事先告知。

  
  

  多级反馈队列(Multilevel Feedback Queue)这是一个有Q1、Q2...Qn个多重流水线方式，从高到低分别代码不同的优先级，高优先级的worker要多于低优先级的，一般是2的倍数，即Q4有16个worker、Q3有8个，后面类推。任务根据预先估计好的优先级进入，如果任务在某步的执行过长，直接踢到下一级，让出最快的资源。如下图所示：
  
  
  

  显然这种方式的好处就在于可以动态地调整任务的优级，及时做出反应。当然，为了实现更好的高度，我们可以在低级里增加一个阀值，使得放偶然放入低级的task可以有复活的机会^ ^。

  
  

  MapReduce式

  流水线虽然有一定的并行性，但总体来说仍然是串行的，因为只要有一个节点出了问题，那都是致命的错误。MapReduce是Google率先实现的一个分布式算法，有非常好的并行执行效率。

  

  
  如上图所示，只要我们将Map与Reduce都改成Worker就行了，如MapWorker与ReduceWorker。这样，可以看见，Map的过程是完全并行的，当然这样就需要在Map与Reduce上的分配与数据组合上稍稍下一点功夫了。
  

  样例实现这里我们实现一个PageURLMiningWorker，对给定的URL，打开页面后，采取所有的URL，并反回结果进行汇总输出。由于时间有限，这里我只实现了单worker与MapReduce worker集两种方式，有兴趣的同学可以实现其它类型，如多级反馈队列。注意！我这里只是向大家展示这种设计模式，URL 抓取的效率不在本次考虑之列。
  
  所有的代码可以在这里获取：https://github.com/sefler1987/javaworker
  

  单Worker实现样例

  总结我们可以看到，worker模式组合是非常灵活的，它真的就像一个活生生的工人，任你调配。使用worker，我们可以更方便地实现更复杂的结构。