【JavaEE初阶】多线程(5 单例模式 \ 阻塞队列)

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目录

实例1: 单例模式

饿汉模式

懒汉模式

实例2:阻塞队列

生产者消费者模型

优点

编辑代价

简单实现一个生产者消费者模型

Java标准库中的阻塞队列

编辑模拟实现一个阻塞队列

实例1: 单例模式

单例模式是一种设计模式,(固定套路,针对一些特定的场景,给出的一些比较好的解决方案)

开发中,希望有的类在一个进程中,不应该存在多个实例(对象),此时就可以使用单例模式(单个实例/对象),限制某个类只能有唯一实例, 比如一般来说,一个程序只有一个数据库,对应的mysql服务器只有一份,此时DataSource这个类就没有必要创建出多个实例了,此时使用单例模式描述DataSource,避免不小心创建出多个实例

Java中单例模式的实现有很多种,下面介绍两种最主流的写法: 饿汉模式和懒汉模式

饿汉模式

程序启动,在类被加载的时候, 就会创建出这个单例的实例, 不涉及线程安全问题

// 创建一个单例的类
// 饿汉方式实现.
// 饿 的意思是 "迫切"
// 
class Singleton{private static Singleton instance =new Singleton();public static Singleton getInstance(){return instance;}//单例模式的 最关键部分private Singleton(){}
}

单例模式只能避免别人"失误",无法应对别人的"故意攻击"(可以通过反射和序列化反序列化打破上述单例模式)

懒汉模式

推迟了创建实例的时机,在程序第一次使用这个实例的时候才会创建实例 ,涉及线程安全问题

class SingletonLazy{//此处先把实例设为null,先不着急创建实例private static volatile SingletonLazy instance =null;private static Object locker =new Object();public static SingletonLazy getInstance(){if(instance==null){synchronized(locker){if(instance==null){instance = new SingletonLazy();}}}return instance;}private SingletonLazy(){ }
}

可能存在的线程安全问题

通过加锁解决,将if判定和new赋值操作,打包成原子操作

双重if 判定 , 通过if条件判定是否要加锁

编译器优化(指令重排序) 造成的线程安全问题

在执行3)步骤之后并且未执行2)步骤时如果线程发生切换,此时会直接返回instance,但是这个被返回的对象是没有被初始化的,由于该对象未初始化,一旦调用该对象里的成员,都可能是错误的值,引起一系列不可预期的情况.

解决方法:在instace的前面加上volatile.

实例2:阻塞队列

阻塞队列是在普通队列(先进先出)的基础上做出扩充:

线程安全 (标准库中原有的队列Queue和其子类,默认都是线程不安全的)
具有阻塞特性
- 如果队列为空,进行出队列操作就会出现阻塞,一直阻塞到其他线程往队列里添加元素为止
- 如果队列为满,进行入队列操作也会出现阻塞,一直阻塞到其他线程从队列中取走元素为止

生产者消费者模型

该模型是基于阻塞队列的最大应用场景

优点

使用该模型的优点:

1,有利于服务器之间的"解耦合"

2,通过中间的阻塞队列,可以起到"削峰填谷"的效果(在遇到请求量激增的情况下,可以有效保护下游服务器,不会被请求冲垮)

通常谈到的"阻塞队列"是代码中的一个数据结构,但是由于这个东西太好用了,以至于被单独封装成了一个服务器程序,并且在单独的服务器机器上部署,此时这样的阻塞队列有了一个新的名字:"消息队列"(Message Queue ,MQ)

代价

需要更多的机器来部署这个消息队列
A和B之间的通信延时会变长

简单实现一个生产者消费者模型

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;public class Demo27 {public static void main(String[] args) {// BlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<>(1000);MyBlockingQueue queue = new MyBlockingQueue(1000);// 生产者线程Thread t1 = new Thread(() -> {int i = 1;while (true) {try {queue.put("" + i);System.out.println("生产元素 " + i);i++;// 给生产操作, 加上 sleep, 生产慢点, 消费快点Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}});// 消费者线程Thread t2 = new Thread(() -> {while (true) {try {Integer i = Integer.parseInt(queue.take());System.out.println("消费元素 " + i);// 给消费操作, 加上 sleep, 生产快点, 消费慢点// Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}});t1.start();t2.start();}
}

Java标准库中的阻塞队列

入队列产生阻塞效果,代码演示

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;public class Demo18 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {BlockingQueue<String> queue=new ArrayBlockingQueue<>(3);queue.put("111");System.out.println("put成功");queue.put("111");System.out.println("put成功");queue.put("111");System.out.println("put成功");queue.put("111");System.out.println("put成功");}
}

模拟实现一个阻塞队列

基于数组实现的一个阻塞队列


class MyBlockingQueue{private String[] data=null;private volatile int head =0;private volatile int tail =0;private volatile int size =0;public MyBlockingQueue(int capacity){data = new String[capacity];}public void put(String s) throws InterruptedException {synchronized (this){//下面有大量的修改操作,加上锁保证线程安全//可以单独定义一个锁对象,也可以使用this表示当前对象while(size == data.length){//队列满了
//                return;this.wait();}data[tail]=s;tail++;if(tail >= data.length){tail=0;//如果tail移到了末尾,直接让tail到0位置,构成循环队列}size++;this.notify();}}public String take() throws InterruptedException {String ret= "";synchronized (this){while(size == 0){
//                return null;this.wait();}ret = data[head];head++;if(head>=data.length){head = 0;}size--;this.notify();}return ret;}
}