JAVA 多线程设计模式

by 李学科

热身 : 非线程安全的原子操作• 线程 1:longNum=123L• 线程 2:longNum=456L• 结果 :– longNum=123L– longNum=456L– longNum=0L– longNum=31415926L

• 原因 :long 和 double 是 64 位的 , 在不同的系统中有可能被拆成两个 32 位来运算

SingleThreadedExecution

• 角色 :– 资源使用者– 共享资源：被多个线程访问的对象• 安全方法• 非安全方法——使用 synchronized 加以保护

• 死锁的前提– 有多个共享资源– 在一个资源未释放的情况下，去锁定另一个资源– 获取共享资源的顺序不固定

SingleThreadedExecution

public class Gate { private String people= "Nobody"; private String address = "Nowhere"; public synchronized void pass(String people) { // 只有一个人通过这扇门 } public String getGateName() { // }}

Immutable

• 典型代表 :String 类• 例子 :

public final class Person { private final String name; //no setter public Person(String name) { this.name = name;

} public String getName() { return name; }}

Immutable

• 特点 :– 不需要 synchronized 保护– 高效

• 使用场景 :– 实例产生后 , 状态不再发生变化– 实例需要共享 , 且访问频繁

• 设计思想 :String 和 StringBuffer– 可变和不变解耦– 二者可互相切换

GuardedSuspension

GuardedSuspensionpublic synchronized Request getRequest() {

while (queue.size() <= 0) { //guard condition try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } return (Request)queue.removeFirst(); } public synchronized void putRequest(Request request) { queue.addLast(request); notifyAll(); }

GuardedSuspension

• 升级版的 SingleThreadedExecution• 有一个保护的对象• 不满足警戒条件则等待• 提供可以通过警戒条件的方法

Balking

Balkingpublic class Data { private boolean changed; public synchronized void change(String newContent) { content = newContent; changed = true; } public synchronized void save() throws IOException { if (!changed) {// 内容没有变化 , 返回

return; } doSave(); // 实际资料储存到挡案里用的方法 changed = false; } }

Balking

• 使用场景– 不需要刻意执行 (doSave)– 不想等待警戒条件变化– 警戒条件只有第一次成立 , 如下private boolean done;public synchronized void init(){

if (done) {return;

}doInit();done=true;

}

在 Balking 与 GuardedSuspension 之间—— timeout

• wait 何时结束– 当 notify 方法执行时– 当 notifyAll 方法执行时– 当 interrupt 方法执行时– 当 timeout 时

• synchronized 没有 timeout, 也不能中断 ( 死锁 )

ProducerConsumer

厨 师

+桌子

桌 子

+put()+take()

顾 客

+桌子

桌 子 上 的 蛋 糕

放蛋糕

做

+拿蛋糕

吃

ProducerConsumer

ProducerConsumerpublic class Table { private final String[] buffer; private int count; // buffer 内的蛋糕数 public synchronized void put(String cake) throws InterruptedException { while (count >= buffer.length) { wait(); }

// 加一块蛋糕 notifyAll(); } public synchronized String take() throws InterruptedException { while (count <= 0) {wait(); } notifyAll();

return cake; // 减一块蛋糕 }}

ProducerConsumer

• 设计思想– 线程安全部分的解耦– 生产者和消费者的快速响应– 可以给缓冲区数据安排顺序– 考虑缓冲区的负荷

Thread-Per-Message

private final Helper helper = new Helper(); public void request(final int p1, final char p2) { new Thread() { public void run() { helper.handle(p1, p2); } }.start(); }

Thread-Per-Message

• 特点– 提升响应性 , 降低延迟时间– 对操作顺序无要求– 不需要返回值

调用与执行分离• 提高响应性：如果执行时间长，调用的操

作受牵连• 控制顺序：如果不分离，谁先调用先执行，

分离后，执行顺序变得可控• 可取消和可重复执行：在调用和执行的时

间差内，可以取消。调用后，产生工作的实例，可以针对一份工作，多次执行

• 可分布式处理

Future

FutureData

+realData

+setRealData()+getContent()

FutureCreater

+create()

RealData

+content

+getContent()

Data<<interface>>

create

create

Client

+data

user

getContent

Futurepublic Data create(final int param1, final char param1) {

// (1) 建立 FutureData 的实体 final FutureData future = new FutureData(); // (2) 为了建立 RealData 的实体，启动新的线程 new Thread() { public void run() { RealData realdata = new RealData(param1, param2); future.setRealData(realdata); } }.start(); // (3) 返回 FutureData 实体 return future; }

Future

public class RealData implements Data { private final String content; public RealData(int param1, char param2) {

//do something, burn timethis.content = new String(buffer);

} public String getContent() { return content; }}

Futurepublic class FutureData implements Data { private RealData realdata = null; private boolean ready = false; public synchronized void setRealData(RealData realdata) { if (ready) return; // balking this.realdata = realdata; this.ready = true; notifyAll(); } public synchronized String getContent() { while (!ready) { //garded try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } return realdata.getContent(); }}

Callback 与 FutureCallback Future

使用数据 Client 不关注何时使用数据

Client 明确的知道使用数据时间

线程安全 回调函数需要考虑线程安全问题

只有 FutureData 需要考虑线程安全

Future

• 特点– 使用数据和准备数据的分离

• Thinking– 数据有多种状态 ?– FutureCreater 的安全性– Future 模式一定会提高效率吗 ?

つづく

选修

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Animatrix

Animatrix

• 名字由来 : 通常， Ani 是英文单词“动画animation” 的缩写，但在这里，它却代表着日文中的“动漫 anime” 。

• 《黑客帝国动画版》由 9段以《黑客帝国》系列电影世界观为基础生发出的短片组成，各篇的角度与风格各异，制作班底汇聚了日本、美国、韩国三地的动画精英。

The Final Flight of the Osiris

• 剧本：沃卓斯基兄弟 • 导演：安迪 ·琼斯 Andy Jones( 《最终幻

想》 ) • 动画设计与制作： SQUARE公司 • 片长： 11:00

The Final Flight of the Osiris

The Second Renaissance

• 剧本：沃卓斯基兄弟• 导演：前田真宏 ( 《青之 6号》 ) • 动画设计与制作：摄氏 4度工作室，东京• 片长： 8:23

The Second Renaissance

The Second Renaissance

Beyond

• 剧本 /导演：森本晃司• 动画设计与制作：摄氏 4度工作室，东京 • 片长： 12:48 • 内容简要：在一栋神秘的大楼里，似乎各

种不可思议的事情都可发生，它究竟有什么秘密？这是不是通往真实世界的出口？MATRIX密探们当然不会就此忽视，他们要极力修补这个漏洞……

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