多线程设计模式

设计模式,来自建筑学,通过观察大量的建筑设计,总结出来的一套最常用的设计方法,迁移到计算机领域,就是如何很好的设计类与类之间的关系和交互,实现低耦合,高内聚的设计。

⑴single Thread Execution 模式:

Synchronized同步方法,当多线程访问临界资源的时候,为了防止并发导致的数据不一致问题,所以使用Synchronized同步,让同一时刻只有一个线程访问临界资源,其他线程访问临界资源,会被阻塞,放入到访问临界资源的等待队列中,直到线使用完临界资源,释放锁,然后其他对象才可以获取锁,访问临界资源。

⑵immutable 模式:

在Java中,基本类型的赋值和访问具有原子性,不可分割,即操作不会***扰,但long,double类型变量不具有原子性(在32位操作系统上),我们可以想到数据库的事务,也具有原子性,即要么全部执行,要么不执行,当我们访问的对象具有原子性,则这个操作也不会被中断的。举例,有一个变量,有读写两个方法,当涉及写的方法时,就应该停止读操作,我们常用的方法时同步读写操作,我们这样做,其目的是让读这个操作不被打断。

不可变对象,即使用final关键字修饰变量,没有set方法,标准类库中使用的不可变模式,字符串的Java.lang.String类,Java.lang.Integer类,

⑶Guarded Supension模式:

GuardedObject是一个持有被守护的方法的类,当线程执行grardedMethod方法时,若守护条件成立,则立即执行,当守护条件不成立时,就要进行等待,guardedMethod方法通过while()和wait()方法来实现,stateChangingMethod则通过notify()或notifyAll()方法来实现。

即通过一个条件是否,来决定进入的线程是否继续执行下次,如果条件成立,则执行下面的代码,如果条件不成立,则进入的线程进入等待队列,直到条件成立,则会被唤醒,继续执行。

注意:对于某些特定的业务,如果有顺序要求,则需要进行特定的处理,因为notify()和notifyAll()方法就不能满足要求,notify()会从等待队列中随机选择一个线程进行唤醒,notifyAll()会唤醒整个等待队列的线程。

⑷Balking模式:

需要执行某个方法或某个需求时,如果由于别的原因,不需要执行这个方法或者这个需求不需要了,就停止处理,或直接返回。

即某个线程发起一个请求,对于处理这个线程的请求,我们需要添加一个特定的处理,对于重复的处理,我们可以设定守护条件来阻止重复的执行,如果重复,则让直接返回,或者结束线程。

⑸Producer-Consumer模式:

生产数据的线程和消费数据的线程有条不絮的合作进行,例如,当产量小于消费量,则消费者需要等待,当产量大于消费者,则生产必须停止生产,

⑹Read-Write Lock模式:

Java并发包中的java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock类,可以实现锁分离, 获得读锁和写锁,当进行读读操作时,可以并行进行,当涉及写操作时,则需要进行同步操作,在写的时候,其他操作想要访问临界资源,就对其进行阻塞,需要先获得对象的锁,才可以访问临界资源。

Read-Write Lock模式,显示的使用Lock类,对于锁的使用,必须显示的加锁和释放锁,没有synchronized关键字那样,自动进行加锁和释放锁,使用Lock类,可以实现读写锁分离的模式,需要自己编写读写锁之间的逻辑,相当于Java并发包中的锁分离的实现。

⑺Thrad-per-Message模式:

即每个消息一个线程,为每个命令或请求新分配一个线程,即将线程的任务处理交给别的线程进行执行。

请求者,即请求发出者向委托人发出请求,但是请求发出者不指导具体实如何处理请求的。

中间者:即将请求的处理,转向执行者Helper,让其处理请求,

执行者Helper,即请求实际是由Helper进行执行的。

适用于没有顺序要求,以及不需要返回值的,即request方法并不会等待handle方法执行结束,

⑻Worker Thread模式:

即工作线程执行操作,当没有需要执行的操作时,工作线程进行等待,直到有需求,工作线程将继续执行,这个模式也称作线程池模式,线程池大家比较熟悉,就是为了减少线程之间创建,请求,释放,提前在线程池中创建好线程,当有需要使用线程的时候,就从线程池中取,使用完毕,归还给线程池,如果请求的线程大于线程池,则多余的进行等待,直到有线程归还。

⑼Future模式:

当有一个需要花费很长时间运行才可以获取结果的操作时,可以让线程等待,给予线程一个“订单”即凭证,等一段时间,线程在拿着凭证来获取运行结果,如果运行完成,则返回结果,没有,则进行等待。

请求者:即请求者向Host发出请求,并会立即接受到请求的处理结果。

中介者:会创建新的线程,并开始在新线程中创建RealDate角色,同时将Future角色返回给请求者。

虚拟数据:

让Future角色与RealData角色具有一致性的角色。即一个接口,Future和RealData都得继承,然后Future包含RealData,可以调用线程,执行RealData的操作。

真实数据:

表示真实数据,创建该对象需要花费很多时间。

⑽Two-Phase Termination模式:

即分两阶段终止,是一种先执行终止处理在终止线程的模式,当线程在进行中,我们需要终止线程,我们会发送一个终止请求,线程不会突然终止,而是会先开始进行一些准备工作,这种状态为终止处理中。

在终止处理中状态下,线程不会在进行正常操作,但是它还是继续运行,但只会进行终止处理,终止处理完成后,就会真正的终止线程。

和线程的中断Interrupt()方法相似,当调用interrupt()方法的时候,线程会发送一个中断请求,设置一个中断标志,线程并不会立即停止,线程是否真正中断,我们不确定,但是如果想显示的中断操作,我们可以捕获中断标志,进行线程的终止。中断和这个模式相似,不同之处在于,此模式中,终止处理中,它执行的不是正常工作,而中断执行则继续执行原来的方法。

⑾Thread-Specific Storage模式:

即每个线程特有一个存储柜,为每个线程准备的存储空间。这个模式的实现可以通过ThreadLocal类来实现。

⑾Active Object模式

Active Object是主动对象的意思,即有自己的线程,同时还可以从外部接受和处理异步消息并根据需要返回处理结果。

通过简要的总结多线程设计模式,我们不需要去记住这些生硬的名称,只需要联想当有多个线程进行操作时,我们如何去协调这些线程,我们的某些方法其实就有设计模式的思想,知识的学习重点是理解和内化。

 

下面的章节将会是每一个模式的具体介绍和代码的实战。

本章节内容参考《图解Java多线程设计模式》-- 作者: [日] 结城浩 , 侯振龙 杨文轩 译 ,十分感谢作者为我们贡献此书的精彩内容。