Java并發(Runnable+Thread)實現硬盤文件搜索功能
近日（1月11日-1月24日），2020CSDN博客之星評選正在火熱進行中，作為碼齡1年的小白有幸入選Top 200，首先很感謝CSDN官方把我選上，本來以為只是來湊熱鬧，看大佬們PK 。
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截至 2021-01-20 11:50:02
看了大佬的驚人數據，與我差距甚大，不禁感慨，接下來看看我自己！
首先，很感謝每一位幫忙投票的粉絲和兄弟姐妹們，感謝您的關注和支持，經過大家上一周的共同努力，我已進入2020博客之星投票排行榜Top 100。
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24號是否能和大佬們在頂峰相見，就靠大家了哈！
一、承上啟下前一篇學習了Java并發程序設計原理之后，為了對這個部分有了更深層的理解，并運用于實際場景中，所以我找了比較實際的案例進行實踐——文件搜索，簡單來說，這也是電腦文件系統中的一個常見功能，用戶可以通過用戶名搜索文件系統中符合條件的文件。
文件搜索的程序需要用到Java并發API中的Thread類和Runnable接口，其中一些重要的內容先簡單了解一下。
二、Java中的多線程線程類Thread，有兩種方式創建執行線程。
1、擴展Thread類并重載run()方法Thread類包含了豐富的方法，在實現線程時候必須重載run方法，擴展Thread類和調用start方法創建新的線程。其他常用方法：
getId()：獲取Thread對象的標識符，線程整個生命周期中唯一不變的一個正整數。getName()/setName()：String類型，獲取或設置Thread對象名。getPriority()/setPriority()：獲取或設置線程的優先級。值范圍：Thread.MIN_PRIORITY~Thread.MAX_PRIORITY（1~10），創建時默認Thread.NORM_PRIORITY（5）。getState()：線程對象的狀態。包括：NEW（新創建）、RUNNABLE（運行中）、BLOCKED（等待鎖定）、WAITING（等待）、TIME_WAITING（有時間限制等待）、THREAD（完成）。線程在一段時間中只能處于一種狀態，而且是在JVM中的狀態，不能映射到操作系統的線程狀態。interrupt()：請求結束執行Thread對象。interrupted()：檢查中斷狀態，清除中斷標志的值。isInterrupted()：檢查中斷狀態，不清除中斷標志的值。sleep()：線程執行睡眠時間，單位毫秒。join()：暫停調用線程的執行，直到調用該方法的線程執行結束為止。currentThread()：靜態方法，返回實際執行當前任務的Thread對象。2、實現Runnable接口可以通過線程來執行Runnable對象，更靈活更改并發程序，還可以通過不同線程使用同一個Runnable對象。
相對來說，使用Runnable接口創建線程的方法更加推薦，它只定義了run方法，是每個線程的主方法。當執行start方法啟動新線程時，就會調用run方法。
三、串行文件搜索這里分為兩種版本，串行（單線程）和并發（多線程），后續可以進行比較。
1、創建公共類Result保存搜索結果/** * Result.java * @author Charzous * @date 2021/1/20 11:00 * */ package SearchFiles; public class Result { boolean found; String path; public void setFound(boolean found){ this.found=found; } public boolean isFound(){ return this.found; } public void setPath(String path){ this.path=path; } public String getPath(){ return this.path; }}2、查找算法
算法思路簡單，通過初始路徑，獲取文件和目錄內容，并與目標文件名進行比較，相同則記錄Result，算法完成；不同則遞歸遍歷文件，直到算法完成。
/** * * SerialSearch.java * @author Charzous * @date 2021/1/20 11:15 * */ package SearchFiles; import java.io.File; public class SerialFileSearch { public static void searchFiles(File file,String fileName,Result result){ File[] contents; contents=file.listFiles(); if ((contents==null)||(contents.length==0)) return; for (File content:contents){ if (content.isDirectory()) searchFiles(content,fileName,result); else{ if (content.getName().equals(fileName)){ result.setPath(content.getAbsolutePath()); result.setFound(true); System.out.println('Serial Search Path: '+result.getPath()); return; } } if (result.isFound()) return; } } public static void main(String[] args) { Result result=new Result(); File file=new File('D:'); long startTime=System.currentTimeMillis(); String fileName='maskOrder.txt'; SerialFileSearch.searchFiles(file,fileName,result); if (!result.isFound()) System.out.println('未找到該文件：'+fileName); else System.out.println('找到該文件：'+fileName+'!'); System.out.println('查詢時間：'+(System.currentTimeMillis()-startTime)+'ms'); }}四、并行文件搜索(多線程)1、創建ParallelGroupFileTask類
它實現所有用于查找文件的線程，實現Runnable接口，重載run方法，其中包括了處理目錄的processDirectory方法，處理文件的processFile方法。
/** * ParallelGroupFileTask.java * @author Charzous * @date 2021/1/20 11:31 * */package SearchFiles; import java.io.File;import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue; class ParallelGroupFileTask implements Runnable { private final String fileName; private final ConcurrentLinkedQueue<File> directories; private final Result parallelResult; private boolean found; public ParallelGroupFileTask(String fileName, ConcurrentLinkedQueue<File> directories, Result parallelResult) { this.fileName = fileName; this.directories = directories; this.parallelResult = parallelResult; } @Override public void run() { while (directories.size() > 0) { File file = directories.poll(); try { processDirectory(file,fileName,parallelResult);//遞歸 if (found) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ' has found the file'); System.out.println('parallel search:Path :' + parallelResult.getPath()); return; } } catch (Exception e) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ' hae been interrupted'); } } } public void processDirectory(File file, String fileName, Result parallelResult) throws InterruptedException { File[] contents; contents = file.listFiles(); if ((contents == null) || (contents.length == 0)) return; for (File content : contents) { if (content.isDirectory()) { processDirectory(content, fileName, parallelResult); if (Thread.currentThread().isInterrupted()) throw new InterruptedException(); if (found) return; } else { processFile(content, fileName, parallelResult);//遞歸 if (Thread.currentThread().isInterrupted()) throw new InterruptedException(); if (found) return; } } } public void processFile(File content, String fileName, Result parallelResult) { if (content.getName().equals(fileName)) { parallelResult.setPath(content.getAbsolutePath()); this.found = true; } } public boolean getFound() { return found; } }2、多線程算法
創建ParallelGroupFileSearch類，其中包括了存放基本路徑的線程安全的列表ConcurrentLinkedQueue，然后創建新線程，數量有JVM中可用的線程數量，通過Runtime的availableProcessors方法獲得。
其中，若某個線程找到目標文件，會使用interrupt方法取消其他線程的執行。具體實現代碼如下：
/** * ParallelGroupFileSearch.java * @author Charzous * @date 2021/1/20 11:40 * */package SearchFiles; import java.io.File;import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue; public class ParallelGroupFileSearch { public static void searchFiles(File file, String fileName, Result parallelResult) { ConcurrentLinkedQueue<File> directories = new ConcurrentLinkedQueue<>(); File[] contents = file.listFiles(); for (File content : contents) { if (content.isDirectory()) directories.add(content); } int numThreads = Runtime.getRuntime().availableProcessors(); Thread[] threads = new Thread[numThreads]; ParallelGroupFileTask[] tasks = new ParallelGroupFileTask[numThreads]; for (int i = 0; i < numThreads; i++) { tasks[i] = new ParallelGroupFileTask(fileName, directories, parallelResult); threads[i] = new Thread(tasks[i]); threads[i].start(); } boolean finish = false; int numFinished = 0; while (!finish) { numFinished = 0; for (int i = 0; i < threads.length; i++) { if (threads[i].getState() == Thread.State.TERMINATED) { numFinished++; if (tasks[i].getFound()) finish = true; } } if (numFinished == threads.length) finish = true; } if (numFinished != threads.length) { for (Thread thread : threads) thread.interrupt(); } } public static void main(String[] args) { Result result=new Result(); File file=new File('D:'); String fileName='maskOrder.txt'; long startTime=System.currentTimeMillis(); ParallelGroupFileSearch.searchFiles(file,fileName,result); System.out.println('查詢時間：'+(System.currentTimeMillis()-startTime)+'ms'); } }五、結果1、串行（單線程）
串行版本多次測試結果用時在1900ms左右！
10次測試數據：
查詢時間：1978ms 2036 1860 1926 1861 2100 1889 2030 1905 1990
并發版本多線程測試用時在1400ms左右！
10次測試數據：
查詢時間：1441ms 1368 1258 1546 1444 1430 1490 1432 1338 1435
從簡單的測試結果可以看出，并發搜索的算法速度提升明顯。
這一篇通過實際的案例進行實踐——文件搜索，簡單來說，這也是電腦文件系統中的一個常見功能，用戶可以通過用戶名搜索文件系統中符合條件的文件。Runnable接口和Thread類的基本使用也有了更深的認識。在文件搜索這個案例中，學習了Java并發原理的實際應用，首先設計一種串行的版本，然后再實現并發的版本，這也是一個改進的過程。
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