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02.第二阶段、实战Java高并发程序设计模式-6.并发设计模式

一、并发设计模式

 什么是设计模式
 单例模式
 不变模式
 Future模式
 生产者消费者

  1. 什么是设计模式

     在软件工程中，设计模式(design pattern)是对软件设计中普遍存在(反复出现)的各种问题 ，所提出的解决方案。这个术语是由埃里希·伽玛(Erich Gamma)等人在1990年代从建筑设计领 域引入到计算机科学的。
  Richard Helm, Ralph Johnson ,John Vlissides (Gof)
  《设计模式:可复用面向对象软件的基础》 收录 23种模式

  – 观察者模式
  – 策略模式
  – 装饰者模式 – 享元模式
  – 模板方法

  架构模式 – MVC
 – 分层
  设计模式
 – 提炼系统中的组件
  代码模式(成例 Idiom)
 – 低层次，与编码直接相关 – 如DCL

  2. 单例模式

     单例对象的类必须保证只有一个实例存在。许多时候整个系统只需要拥有一个的全局对象，这样 有利于我们协调系统整体的行为
 比如:全局信息配置

    	/**
	 * description: 饿汉式 线程安全
	 *
	 * @author: dawn.he QQ:       905845006
	 * @email: [email protected]
	 * @email: [email protected]
	 * @date: 2019/10/4    7:32 PM
	 */
	public class Singleton {
		public static int STATUS = 1;

		private Singleton() {
			System.out.println("Singleton is create");
		}

		private static Singleton instance = new Singleton();

		public static Singleton getInstance() {
			return instance;
		}

		public static void main(String[] args) {
			//何时产生实例 不好控制
			System.out.println(Singleton.STATUS);
			//输出
			// Singleton is create
			//1
		}


	}

    	/**
	 * description: 懒汉式 线程安全
	 *
	 * @author: dawn.he QQ:       905845006
	 * @email: [email protected]
	 * @email: [email protected]
	 * @date: 2019/10/4    7:37 PM
	 */
	public class LazySingleton {
		//1.
		private LazySingleton() {
			System.out.println("LazySingleton is create");
		}

		private static LazySingleton instance = null;

		public static synchronized LazySingleton getInstance() {
			if (instance == null)
				instance = new LazySingleton();
			return instance;

		}

	//      2. 多线程 性能好
	//    双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）线程安全
	//    private volatile static LazySingleton instance;
	//    private LazySingleton (){
	//        System.out.println("LazySingleton is create");
	//    }
	//    public static LazySingleton getInstance() {
	//        if (instance == null) {
	//            synchronized (LazySingleton.class) {
	//                if (instance == null) {
	//                    instance = new LazySingleton();
	//                }
	//            }
	//        }
	//        return instance;
	//    }

		public static void main(String[] args) {
			LazySingleton.getInstance();
		}
	}

    	/**
	 * description: 静态内部类 线程安全
	 *
	 * @author: dawn.he QQ:       905845006
	 * @email: [email protected]
	 * @email: [email protected]
	 * @date: 2019/10/4    7:39 PM
	 */
	public class StaticSingleton {
		private StaticSingleton() {
			System.out.println("StaticSingleton is create");
		}

		private static class SingletonHolder {
			private static final StaticSingleton instance = new StaticSingleton();
		}

		public static final StaticSingleton getInstance() {
			return SingletonHolder.instance;
		}


		public static void main(String[] args) {
			StaticSingleton.getInstance();
		}
	}

  3. 不变模式

      一个类的内部状态创建后，在整个生命期间都不会发生变化时，就是不变类
  不变模式不需要同步

    	/**
	 * description:
	 *
	 * @author: dawn.he QQ:       905845006
	 * @email: [email protected]
	 * @email: [email protected]
	 * @date: 2019/10/4    7:55 PM
	 */
	//确保无子类
	public final class Product {
		private final String no;
		//私有属性，不会被其他对象获取
		private final String name;
		//final保证属性不会被2次赋值
		private final double price;

		public Product(String no, String name, double price) {
			super();
			//因为创建之后，无法进行修改
			this.no = no;
			this.name = name;
			this.price = price;
		}

		public String getNo() {
			return no;
		}

		public String getName() {
			return name;
		}

		public double getPrice() {
			//在创建对象时，必须指定数据
			return price;
		}

	}

      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

  4. Future模式

    02.第二阶段、实战Java高并发程序设计模式-6.并发设计模式-LMLPHP

    02.第二阶段、实战Java高并发程序设计模式-6.并发设计模式-LMLPHP

    	/**
	 * description:
	 *
	 * @author: dawn.he QQ:       905845006
	 * @email: [email protected]
	 * @email: [email protected]
	 * @date: 2019/10/4    8:07 PM
	 */
	public class RealData implements Data {
		protected final String result;

		public RealData(String para) {
			//RealData的构造可能很慢，需要用户等待很久，这里使用sleep模拟
			StringBuffer sb = new StringBuffer();
			for (int i = 0; i < 10; i++) {
				sb.append(para);
				try {
					//这里使用sleep，代替一个很慢的操作过程
					Thread.sleep(100);
				} catch (InterruptedException e) {
				}
			}
			result = sb.toString();
		}

		public String getResult() {
			return result;
		}
	}

    	/**
	 * description:
	 *
	 * @author: dawn.he QQ:       905845006
	 * @email: [email protected]
	 * @email: [email protected]
	 * @date: 2019/10/4    8:05 PM
	 */
	public class FutureData implements Data {
		//FutureData是RealData的包装

		protected RealData realdata = null;
		protected boolean isReady = false;

		public synchronized void setRealData(RealData realdata) {
			if (isReady) {
				return;
			}
			this.realdata = realdata;
			isReady = true;
			//RealData已经被注入，通知getResult()
			notifyAll();
		}

		//会等待RealData构造完成
		public synchronized String getResult() {
			while (!isReady) {
				try {
					//一直等待，知道RealData被注入

					wait();
				} catch (InterruptedException e) {
				}
			}
			//由RealData实现
			return realdata.result;
		}
	}

    	/**
	 * description:
	 *
	 * @author: dawn.he QQ:       905845006
	 * @email: [email protected]
	 * @email: [email protected]
	 * @date: 2019/10/4    8:07 PM
	 */
	public class Client {
		public Data request(final String queryStr) {
			final FutureData future = new FutureData();
			new Thread() {
				// RealData的构建很慢，所以在单独的线程中进行
				public void run() {
					RealData realdata = new RealData(queryStr);
					future.setRealData(realdata);
				}
			}.start();
			// FutureData会被立即返回
			return future;
		}

		public static void main(String[] args) {

			Client client = new Client();
			//这里会立即返回，因为得到的是FutureData而不是RealData
			Data data = client.request("name");
			System.out.println("请求完毕");
			try {
			//这里可以用一个sleep代替了对其他业务逻辑的处理
			//在处理这些业务逻辑的过程中，RealData被创建，从而充分利用了等待时间
				Thread.sleep(2000);
			} catch (InterruptedException e) {
			}
			//使用真实的数据
			System.out.println("数据 = " + data.getResult());
		}
	}

    02.第二阶段、实战Java高并发程序设计模式-6.并发设计模式-LMLPHP

    Callable 接口

    	import java.util.concurrent.Callable;

	/**
	 * description:
	 *
	 * @author: dawn.he QQ:       905845006
	 * @email: [email protected]
	 * @email: [email protected]
	 * @date: 2019/10/4    8:07 PM
	 */
	public class RealData implements Callable<String> {
		protected final String para;

		public RealData(String para) {

			this.para = para;
		}

		@Override
		public String call() throws Exception {
			//RealData的构造可能很慢，需要用户等待很久，这里使用sleep模拟
			StringBuffer sb = new StringBuffer();
			for (int i = 0; i < 10; i++) {
				sb.append(para);
				try {
					//这里使用sleep，代替一个很慢的操作过程
					Thread.sleep(100);
				} catch (InterruptedException e) {
				}
			}
			return sb.toString();
		}
	}

    	import java.util.concurrent.ExecutionException;
	import java.util.concurrent.ExecutorService;
	import java.util.concurrent.Executors;
	import java.util.concurrent.Future;
	import java.util.concurrent.FutureTask;

	/**
	 * description:
	 *
	 * @author: dawn.he QQ:       905845006
	 * @email: [email protected]
	 * @email: [email protected]
	 * @date: 2019/10/4    8:27 PM
	 */
	public class FutureMain {
		public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
			//1.
	//        //构造FutureTask
	//        FutureTask<String> future = new FutureTask<String>(new RealData("a"));
	//        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
	//        //执行FutureTask，相当于上例中的 client.request("a") 发送请求
	//        // 在这里开启线程进行RealData的call()执行
	//        executor.submit(future);
	//        executor.shutdown();
	//        System.out.println("请求完毕");
	//        try {
	//            //这里依然可以做额外的数据操作，这里使用sleep代替其他业务逻辑的处理
	//            Thread.sleep(2000);
	//        } catch (InterruptedException e) {
	//        }
	//        //相当于data.getResult ()，取得call()方法的返回值
	//        // 如果此时call()方法没有执行完成，则依然会等待
	//        System.out.println("数据 = " + future.get());

			//2.
			ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
			//执行FutureTask，相当于上例中的 client.request("a") 发送请求
			// 在这里开启线程进行RealData的call()执行
			Future<String> future = executor.submit(new RealData("a"));
			System.out.println("请求完毕");
			try { //这里依然可以做额外的数据操作，这里使用sleep代替其他业务逻辑的处理
				Thread.sleep(2000);
			} catch (InterruptedException e) {
			}
			//相当于data.getResult ()，取得call()方法的返回值
			// 如果此时call()方法没有执行完成，则依然会等待
			System.out.println("数据 = " + future.get());
		}

	}

  5. 生产者消费者模式

     生产者-消费者模式是一个经典的多线程设计模式。它为多线程间的协作提供了良好的解决方案。 在生产者-消费者模式中，通常由两类线程，即若干个生产者线程和若干个消费者线程。生产者线 程负责提交用户请求，消费者线程则负责具体处理生产者提交的任务。生产者和消费者之间则通 过共享内存缓冲区进行通信。

    02.第二阶段、实战Java高并发程序设计模式-6.并发设计模式-LMLPHP02.第二阶段、实战Java高并发程序设计模式-6.并发设计模式-LMLPHP02.第二阶段、实战Java高并发程序设计模式-6.并发设计模式-LMLPHP

    	/**
	 * description:
	 *
	 * @author: dawn.he QQ:       905845006
	 * @email: [email protected]
	 * @email: [email protected]
	 * @date: 2019/10/4    10:32 PM
	 */
	public final class PCData {
		private final int intData;

		public PCData(int intData) {
			this.intData = intData;
		}

		public PCData(String d) {
			this.intData = Integer.valueOf(d);
		}

		public int getIntData() {
			return intData;
		}

		@Override
		public String toString() {
			return "data:" + intData;
		}
	}

    	import java.util.Random;
	import java.util.concurrent.BlockingQueue;
	import java.util.concurrent.TimeUnit;
	import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

	/**
	 * description:
	 *
	 * @author: dawn.he QQ:       905845006
	 * @email: [email protected]
	 * @email: [email protected]
	 * @date: 2019/10/3    10:05 PM
	 */
	public class Producer implements Runnable{

		private volatile boolean isRunning = true;
		private BlockingQueue<PCData> queue;
		private static AtomicInteger count = new AtomicInteger();
		private static final int SLEEPTIME = 1000;

		public Producer(BlockingQueue<PCData> queue) {
			this.queue = queue;
		}

		@Override
		public void run() {
			PCData data = null;
			Random r = new Random();
			System.out.println("start producer id=" + Thread.currentThread().getId());
			try {
				while (isRunning) {
					Thread.sleep(r.nextInt(SLEEPTIME));
					data = new PCData(count.incrementAndGet());
					System.out.println(data + " is put into queue");
					if (!queue.offer(data,2, TimeUnit.SECONDS)) {
						System.out.println("failed to put data: " + data);
					}
				}
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
				Thread.currentThread().interrupt();
			}
		}
		public void stop() {
			isRunning = false;
		}
	}

    	import java.text.MessageFormat;
	import java.util.Random;
	import java.util.concurrent.BlockingQueue;

	/**
	 * description:
	 *
	 * @author: dawn.he QQ:       905845006
	 * @email: [email protected]
	 * @email: [email protected]
	 * @date: 2019/10/3    10:05 PM
	 */
	public class Consumer implements Runnable{

		private BlockingQueue<PCData> queue;
		private static final int SLEEPTIME = 1000;

		public Consumer(BlockingQueue<PCData> queue) {
			this.queue = queue;
		}

		@Override
		public void run() {
			System.out.println("start Consumer id=" + Thread.currentThread().getId());
			Random r = new Random();
			try {
				while (true) {
					PCData data = queue.take();
					if (null != data) {
						int re = data.getIntData() * data.getIntData();
						System.out.println(MessageFormat.format("{0}*{1}={2}",data.getIntData(),data.getIntData(),re));
						Thread.sleep(r.nextInt(SLEEPTIME));
					}
				}
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
				Thread.currentThread().interrupt();
			}
		}
	}

    	/**
	 * description:
	 *
	 * @author: dawn.he QQ:       905845006
	 * @email: [email protected]
	 * @email: [email protected]
	 * @date: 2019/10/4    10:19 PM
	 */
	import java.util.concurrent.BlockingQueue;
	import java.util.concurrent.ExecutorService;
	import java.util.concurrent.Executors;
	import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

	public class Storage {

		// 仓库存储的载体
		private LinkedBlockingQueue<Object> list = new LinkedBlockingQueue<>(10);

		public void produce() {
			try{
				list.put(new Object());
				System.out.println("【生产者" + Thread.currentThread().getName()
						+ "】生产一个产品，现库存" + list.size());
			} catch (InterruptedException e){
				e.printStackTrace();
			}
		}

		public void consume() {
			try{
				list.take();
				System.out.println("【消费者" + Thread.currentThread().getName()
						+ "】消费了一个产品，现库存" + list.size());
			} catch (InterruptedException e){
				e.printStackTrace();
			}
		}

		public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
	//       Storage storage =  new Storage();
	//        storage.produce();
	//        storage.consume();

				BlockingQueue<PCData> queue = new LinkedBlockingQueue<>(10);
				Producer producer1 = new Producer(queue);
				Producer producer2 = new Producer(queue);
				Producer producer3 = new Producer(queue);
				Consumer consumer1 = new Consumer(queue);
				Consumer consumer2 = new Consumer(queue);
				Consumer consumer3 = new Consumer(queue);
				ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
				service.execute(producer1);
				service.execute(producer2);
				service.execute(producer3);
				service.execute(consumer1);
				service.execute(consumer2);
				service.execute(consumer3);
				Thread.sleep(10 * 1000);
				producer1.stop();
				producer2.stop();
				producer3.stop();
				Thread.sleep(3000);
				service.shutdown();
		}
	}

从BlockingQueue到无锁Disruptor的性能提升：https://blog.csdn.net/weixin_33704591/article/details/92407717

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