多執行緒之六:併發設計模式
什麼是設計模式
在軟體工程中,設計模式(design pattern)是對軟體設計中普遍存在(反覆出現)的各種問題 ,所提出的解決方案。
架構模式 – MVC – 分層
設計模式 – 提煉系統中的元件
程式碼模式(成例 Idiom)
– 低層次,與編碼直接相關
– 如DCL
不變模式
一個類的內部狀態建立後,在整個生命期間都不會發生變化時,就是不變類
不變模式不需要同步
程式碼示例:
public final class Product { //確保無子類 private final String no; //私有屬性,不會被其他物件獲取 private final String name; //final保證屬性不會被2次賦值 private final double price; //在建立物件時,必須指定資料 public Product(String no, String name, double price) { super(); //因為建立之後,無法進行修改 this.no = no; this.name = name; this.price = price; } public String getNo() { return no; } public String getName() { return name; } public double getPrice() { return price; } }
JDK中的不變類:
java.lang.String
java.lang.Boolean
java.lang.Byte
java.lang.Character
java.lang.Double
java.lang.Float
java.lang.Integer
java.lang.Long
java.lang.Short
Future模式
核心思想
非同步調
主執行緒可以獲取到目標執行緒的處理結果
與join()的區別
join():主執行緒需要阻塞直到目標執行緒執行結束
Future:啟動了目標執行緒之後主執行緒還可以繼續其他操作,直到需要取目標執行緒的處理結果的時候才進行等待。
主要構造:
程式碼示例:
public interface Data { public String getResult (); } public class FutureData implements Data { protected RealData realdata = null; //FutureData是RealData的包裝 protected boolean isReady = false; public synchronized void setRealData(RealData realdata) { if (isReady) { return; } this.realdata = realdata; isReady = true; notifyAll(); //RealData已經被注入,通知getResult() } public synchronized String getResult() { //會等待RealData構造完成 while (!isReady) { try { wait(); //一直等待,知道RealData被注入 } catch (InterruptedException e) { } } return realdata.result; //由RealData實現 } } public class RealData implements Data { protected final String result; public RealData(String para) { //RealData的構造可能很慢,需要使用者等待很久,這裡使用sleep模擬 StringBuffer sb=new StringBuffer(); for (int i = 0; i < 10; i++) { sb.append(para); try { //這裡使用sleep,代替一個很慢的操作過程 Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { } } result =sb.toString(); } public String getResult() { return result; } } public class Client { public Data request(final String queryStr) { final FutureData future = new FutureData(); new Thread() { public void run() {// RealData的構建很慢, //所以在單獨的執行緒中進行 RealData realdata = new RealData(queryStr); future.setRealData(realdata); } }.start(); return future; // FutureData會被立即返回 } } public static void main(String[] args) { Client client = new Client(); //這裡會立即返回,因為得到的是FutureData而不是RealData Data data = client.request("name"); System.out.println("請求完畢"); try { //這裡可以用一個sleep代替了對其他業務邏輯的處理 //在處理這些業務邏輯的過程中,RealData被建立,從而充分利用了等待時間 Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { } //使用真實的資料,資料如果沒準備好,這裡會進行阻塞 System.out.println("資料 = " + data.getResult()); }
JDK對Future模式的支持
程式碼示例:
public class RealData implements Callable<String> {
private String para;
public RealData(String para){
this.para=para;
}
@Override
public String call() throws Exception {
StringBuffer sb=new StringBuffer();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
sb.append(para);
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
}
}
return sb.toString();
}
}
public class FutureMain {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
//構造FutureTask
FutureTask<String> future = new FutureTask<String>(new RealData("a"));
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
//執行FutureTask,相當於上例中的 client.request("a") 傳送請求
//在這裡開啟執行緒進行RealData的call()執行
executor.submit(future);
System.out.println("請求完畢");
try {
//這裡依然可以做額外的資料操作,這裡使用sleep代替其他業務邏輯的處理
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
}
//相當於data.getResult (),取得call()方法的返回值
//如果此時call()方法沒有執行完成,則依然會等待
System.out.println("資料 = " + future.get());
}
}
public class FutureMain2 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
//執行FutureTask,相當於上例中的 client.request("a") 傳送請求
//在這裡開啟執行緒進行RealData的call()執行
Future<String> future=executor.submit(new RealData("a"));
System.out.println("請求完畢");
try {
//這裡依然可以做額外的資料操作,這裡使用sleep代替其他業務邏輯的處理
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
}
//相當於data.getResult (),取得call()方法的返回值
//如果此時call()方法沒有執行完成,則依然會等待
System.out.println("資料 = " + future.get());
}
}
生產者消費者
生產者-消費者模式是一個經典的多執行緒設計模式。它為多執行緒間的協作提供了良好的解決方案。 在生產者-消費者模式中,通常由兩類執行緒,即若干個生產者執行緒和若干個消費者執行緒。生產者線 程負責提交使用者請求,消費者執行緒則負責具體處理生產者提交的任務。生產者和消費者之間則通 過共享記憶體緩衝區進行通訊。
主要角色:
類圖: