探讨Java多线程下载技术

韩晓艳 袁堂青

摘要：近些年，国内的科技有了长远的发展，在我们的日常生活中，计算机也实现了普及，对我们的生产生活影响也越来越大。目前，多线程下载技术作为目前应用非常高的下载方案，将多线程的优势充分发挥了出来。通过多线程，相同时间的下载请求，可以对下载数据进行分割处理，各线程对应不同的下载内容，在最后组成文件，这样就能够有效提高下载的效率。现阶段，很多下载软件都应用了多线程下载技术。基于这一情况，该文就Java多线程下载技术开展分析研究。

关键词：Java;多线程技术;线程安全;计算机

中图分类号：TP311        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）22-0071-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

近些年我国经济实现了跳跃式的发展，人们的生活水平有了很大的提高，计算机网络也已经得到了普及。目前，人们下载网络资源是获取信息最主要的一种途径。在获取网络资源的过程中，最重要的就是下载技术，而一个线程可以看作一个下载通道，多个线程就可以对应多个下载通道。在相同环境下，如果有了多线程技术，那么下载速度就会有一定程度的提高。在目前多种下载软件中，都应用了多线程下载技术，具有非常大的优势。

1 线程的基本概念及其优劣

1.1 线程的基本概念

计算机中正在执行的程序，被称为“进程”，相对于程序来说，进程是一个动态的概念，是程序的一次执行过程。线程相比较进程来说，属于更小的运行单位，一个进程涵盖了很多个线程，同样能够为用户处理更多的问题。比如，IE浏览器在同时下载图片的时候，还可以为用户提供已经完成下载的页面，这也是比较典型的例子。

各进程之间是相互独立的，彼此之间对其他线程是否存在不需要考虑。在一个任务中，线程属于区中的一个执行代码，不同的线程之间可能会有一定的影响彼此存在一定的联系，多个线程对资源进行共享。

1.2 多线程技术的优缺点

多线程技术不但可以提高交互式，而且能够更加高效、便捷地进行控制。在对多线程应用的时候，可以使程序响应速度得到提高，从而实现速度化、高效化的特点。另外，多线程技术存在的缺点也比较明显，需要等待比较长的时间之外，还会在一定程度上使程序运行速度降低，使工作效率受到一定的影响，从而对资源造成了浪费。

2 下载技术框架

2.1 网络下载技术

现阶段，我国的网络覆盖面积正在快速地扩大，使用网络的人员也越来越多，据相关统计显示，截至2017年，我国网民规模超过7亿，全年共计新增网民4000多万人。互联网普及率超过了55.0%。越来越多的使用者，都需要通过Wed服务器实现访问操作，这就致使网络下载速度受到Wed服务器性能的制约。基于这一情况，P2P技术就凭借自身的优势，广泛应用到了共享文件方面，主要特征包括：资源分散化、负载相对均衡化以及非中心化，能夠基于客户机结点保存共享文件。在中央服务器缺少时，用户也可以进行共享、传送文件的操作。PZP技术利用多数结点传输数据和合作下载的方式，最大限度地改善文件传输的效率。

2.2 下载的基本构架

目前网络下载的基本架构是P2P、C/S架构。P2P网络结构发展出多源文件传输途径，主要应用有e Mule和BT;C/S架构即客户端/服务器架构，由此发展出的TP下载，是在客户端应用多线程下载模式。传统的HTTP/FTP下载属于C/S框架的一种，这一模式下的服务器需要存储海量的共享文件，用于文件的共享、下载以及搜索。但是也意味着大量客户端的数据访问都要经过服务器这一瓶颈。BT协议的基础结构为P2P，即Peer to Peer。P2P可以利用每个节点的资源，构建自组网络，网络结点之间的关系属于对等的，实现了不需要通过服务器就可以传送文件。

3 Java语言的线程模型

Java语言的特点是从最底层开始支持线程，标准的Java类允许在一个给定的应用程序中有多个线程调用同一方法，而线程彼此之间互不干扰，Java语言的这些特点为多线程应用程序的设计奠定了基础。在Java中是由java.lang.Thread类进行定义和描述的。程序中的线程都是Thread类的实例。因此用户可以通过创建Thread的实例或定义并创建Thread子类的实例建立和控制自己的线程。

当一个Java程序运行时，至少会生成一个线程，该线程由main（）方法开始的，不同的线程是无法自动启动的，必须通过其他线程来调用。一个线程， 同进程一样，也有从创建、运行到消亡的过程，因此每个线程都具有创建、就绪、运行、死亡四种状态。

Java语言是目前最为流行的编程语言，有非常广泛的应用。Java语言的多线程编程技术可以充分利用到下载程序中，对下载任务进行分割，从而实现多项任务并发运行。

4 Java线程的基本结构与使用方法

4.1 线程的创建、启动

Java语言线程的创建有两种方法：

第一种方法是通过继承Thread类，即将一个类声明为Thread类的子类，重写run（）方法：

Class ThreadExam extends Thread {public void run（）{}}

第二种方法是实现Runnable接口创建线程：

Thread t1 = new Thread（new Runnable（）{public void run（）{}}）

新建的线程不会自动运行，必须调用线程的start（）方式执行。该方法的调用把嵌入在线程中的虚拟CPU置为可运行状态，意味着它可以被调度运行，但这并不意味着线程会立即运行。建议在创建线程的时候，使用实现Runnable接口的方式更加灵活。

4.2 多线程下载算法

tP= q（ts+tt）                      （1）

在公式（1）中，tP代表的是锁外消耗时长，其占比重为q;ts为锁内消耗时长，tt为解及加锁消耗时长。如果q是整数的时候，就代表第一次申请才会形成锁竞争;如果q是小数的时候，就会产生重复锁竞争。下面公式（2）、（3）、（4）运算公式为运算的并行下载时间：

若q≤h-1，则t（n）=（n+q）（ts+tt）                            （2）

若q>h-1，则t（n）=（k（q-h+1）+b+q）（ts+tt）          （3）

在上面的公式中，N代表的是文件块数目，h代表的是线程数目，k表示的是[nh]比值，p表示的是机器处理核数，fk=ts/tt表示的是锁粒度。

4.3 线程同步

那些需要共享对象和数据的多个线程，必须互相了解对方的状态以及活动。不同的线程在同一时间内不能存取同一数据，否则程序就可能出错。因此，对于这些并发执行却又共享数据的线程，必须采取某些方法对它们进行同步管理。

在Java中，想要实现线程同步，需要基于synchronized关键词，在利用该方法使用线程之前，其资源是独享的状态，其他的线程都处在阻塞的情况。如果这一方法执行完成后，其他的线程才能够使用这一方法。如果只是单纯同步某一段代碼，可以采用synchronized的方式。同步程序发生异常情况的时候，就会发生饥饿或是死锁的情况。

5 结束语

综上所述，目前，我们在日常生产生活中比较常用的一种下载方案为多线程下载技术，该技术具有非常显著的多线程优势，可以利用多个线程同时进行下载，每一个线程只负责下载其中一部分，大大提升了下载效率。但是并不是线程越多性能越好，当线程超过一定数量时，线程的调度的开销会很大，反而会让性能降低，因此要适当使用多线程，不能滥用。合理利用java断点续传功能，例如突然电脑关机了，当再开机时已经下载到一半的文件不需要重新开始，而是接着刚才的位置继续下载，既可以节省网络流量和节省用户时间，又给用户良好的使用体验。

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【通联编辑：唐一东】