【JavaEE初阶】多线程(5 单例模式 \ 阻塞队列)
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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;
}
}
注意:要将使用wait时的if判断换成while循环,使代码更加稳健
while 的作用,就是在wait被唤醒之后再次确认条件,看是否能继续执行
