设计模式——保护性暂停

shall_zhao2024-04-29 17:05

同步模式之保护性暂停

文章目录

定义

即 Guarded Suspension，用在一个线程等待另一个线程的执行结果

要点

  • 有一个结果需要从一个线程传递到另一个线程，让他们关联同一个 GuardedObject
  • 如果有结果不断从一个线程到另一个线程那么可以使用消息队列（见生产者/消费者）
  • JDK 中，join 的实现、Future 的实现，采用的就是此模式
  • 因为要等待另一方的结果，因此归类到同步模式

实现

java 复制代码 
class GuardedObject {
	private Object response;
 	private final Object lock = new Object();
 	public Object get() {
	 	synchronized (lock) {
		 // 条件不满足则等待
		while (response == null) {
	 		try {
	 			lock.wait();
			 } catch (InterruptedException e) {
	 			e.printStackTrace();
	 		}
	 	}
	 	return response;
 	}
  }
 public void complete(Object response) {
	 	synchronized (lock) {
		 // 条件满足，通知等待线程
		this.response = response;
	 	lock.notifyAll();
	 	}
    }
 }

应用

一个线程等待另一个线程的执行结果

java 复制代码 
public static void main(String[] args) {
 GuardedObject guardedObject = new GuardedObject();
 new Thread(() -> {
 try {
 // 子线程执行下载
List<String> response = download();
 log.debug("download complete...");
 guardedObject.complete(response);
 } catch (IOException e) {
 e.printStackTrace();
 }
    }).start();
 }
 log.debug("waiting...");
 // 主线程阻塞等待
Object response = guardedObject.get();
 log.debug("get response: [{}] lines", ((List<String>) response).size());

执行结果

java 复制代码 
08:42:18.568 [main] c.TestGuardedObject - waiting...
 08:42:23.312 [Thread-0] c.TestGuardedObject - download complete...
 08:42:23.312 [main] c.TestGuardedObject - get response: [3] lines

带超时版 GuardedObject

如果要控制超时时间呢

java 复制代码 
class GuardedObjectV2 {
 private Object response;
 private final Object lock = new Object();
 public Object get(long millis) {
 synchronized (lock) {
 // 1) 记录最初时间
long begin = System.currentTimeMillis();
 // 2) 已经经历的时间
long timePassed = 0;
 while (response == null) {
 // 4) 假设 millis 是 1000，结果在 400 时唤醒了，那么还有 600 要等
long waitTime = millis - timePassed;
 log.debug("waitTime: {}", waitTime);
 if (waitTime <= 0) {
 log.debug("break...");
 break;
 }
 try {
 lock.wait(waitTime);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 // 3) 如果提前被唤醒，这时已经经历的时间假设为 400
 timePassed = System.currentTimeMillis() - begin;
 log.debug("timePassed: {}, object is null {}", 
timePassed, response == null);
 }
 return response;
 }
    }
 public void complete(Object response) {
 synchronized (lock) {
 // 条件满足，通知等待线程
this.response = response;
 log.debug("notify...");
 lock.notifyAll();
 }
    }
 }

测试，没有超时

java 复制代码 
public static void main(String[] args) {
 GuardedObjectV2 v2 = new GuardedObjectV2();
 new Thread(() -> {
 sleep(1);
 v2.complete(null);
 sleep(1);
 v2.complete(Arrays.asList("a", "b", "c"));
    }).start();
 Object response = v2.get(2500);
 if (response != null) {
 log.debug("get response: [{}] lines", ((List<String>) response).size());
  } 
    }
 }
else {
 log.debug("can't get response");

输出

java 复制代码 
08:49:39.917 [main] c.GuardedObjectV2 - waitTime: 2500
 08:49:40.917 [Thread-0] c.GuardedObjectV2 - notify...
 08:49:40.917 [main] c.GuardedObjectV2 - timePassed: 1003, object is null true
 08:49:40.917 [main] c.GuardedObjectV2 - waitTime: 1497
 08:49:41.918 [Thread-0] c.GuardedObjectV2 - notify...
 08:49:41.918 [main] c.GuardedObjectV2 - timePassed: 2004, object is null false
 08:49:41.918 [main] c.TestGuardedObjectV2 - get response: [3] lines

测试，超时

java 复制代码 
// 等待时间不足
List<String> lines = v2.get(1500);

输出

java 复制代码 
08:47:54.963 [main] c.GuardedObjectV2 - waitTime: 1500
 08:47:55.963 [Thread-0] c.GuardedObjectV2 - notify...
 08:47:55.963 [main] c.GuardedObjectV2 - timePassed: 1002, object is null true
 08:47:55.963 [main] c.GuardedObjectV2 - waitTime: 498
 08:47:56.461 [main] c.GuardedObjectV2 - timePassed: 1500, object is null true
 08:47:56.461 [main] c.GuardedObjectV2 - waitTime: 0
 08:47:56.461 [main] c.GuardedObjectV2 - break...
 08:47:56.461 [main] c.TestGuardedObjectV2 - can't get response
 08:47:56.963 [Thread-0] c.GuardedObjectV2 - notify...

扩展------原理之join

join的底层就是使用保护性暂停的设计模式

扩展------多任务版 GuardedObject

图中 Futures 就好比居民楼一层的信箱（每个信箱有房间编号），左侧的 t0，t2，t4 就好比等待邮件的居民，右侧的 t1，t3，t5 就好比邮递员

如果需要在多个类之间使用 GuardedObject 对象，作为参数传递不是很方便，因此设计一个用来解耦的中间类，这样不仅能够解耦【结果等待者】和【结果生产者】，还能够同时支持多个任务的管理。

中间用来解耦的类要维护一个集合，同时为了把多个guardedObject区分开，要加上id。

新增 id 用来标识 Guarded Object

java 复制代码 
 class GuardedObject {
 // 标识 Guarded Object
 private int id;
 public GuardedObject(int id) {
 this.id = id;
    }
 public int getId() {
 return id;
    }
 // 结果
private Object response;
 // 获取结果
// timeout 表示要等待多久 2000
 public Object get(long timeout) {
 synchronized (this) {
 // 开始时间 15:00:00
 long begin = System.currentTimeMillis();
 // 经历的时间
long passedTime = 0;
 while (response == null) {
 // 这一轮循环应该等待的时间
long waitTime = timeout - passedTime;
 // 经历的时间超过了最大等待时间时，退出循环
if (timeout - passedTime <= 0) {
 break;
                }
 try {
 this.wait(waitTime); // 虚假唤醒 15:00:01
                } 
catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
  }
 // 求得经历时间
passedTime = System.currentTimeMillis() - begin; // 15:00:02  1s
            }
 return response;
        }
    }
 // 产生结果
public void complete(Object response) {
 synchronized (this) {
 // 给结果成员变量赋值
this.response = response;
 this.notifyAll();
        }
    }
 }

中间解耦类

java 复制代码 
class Mailboxes {
 private static Map<Integer, GuardedObject> boxes = new Hashtable<>();
 private static int id = 1;
 // 产生唯一 id
 private static synchronized int generateId() {
 return id++;
    }
 public static GuardedObject getGuardedObject(int id) {
 return boxes.remove(id);
    }
 }
 public static GuardedObject createGuardedObject() {
 GuardedObject go = new GuardedObject(generateId());
 boxes.put(go.getId(), go);
 return go;
    }
 public static Set<Integer> getIds() {
 return boxes.keySet();
    }

业务相关类

java 复制代码 
class People extends Thread{
 @Override
 public void run() {
 // 收信
GuardedObject guardedObject = Mailboxes.createGuardedObject();
 log.debug("开始收信 id:{}", guardedObject.getId());
 Object mail = guardedObject.get(5000);
 log.debug("收到信 id:{}, 内容:{}", guardedObject.getId(), mail);
    }
 }
java 复制代码 
 class Postman extends Thread {
 private int id;
 private String mail;
 public Postman(int id, String mail) {
 this.id = id;
 this.mail = mail;
    }
 }
 @Override
 public void run() {
 GuardedObject guardedObject = Mailboxes.getGuardedObject(id);
 log.debug("送信 id:{}, 内容:{}", id, mail);
 guardedObject.complete(mail);
    }

测试

java 复制代码 
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 for (int i = 0; i < 3; i++) {
 new People().start();
    }
 Sleeper.sleep(1);
 for (Integer id : Mailboxes.getIds()) {
 new Postman(id, "内容" + id).start();
    }
 }

某次运行结果

java 复制代码 
10:35:05.689 c.People [Thread-1] - 开始收信 id:3
 10:35:05.689 c.People [Thread-2] - 开始收信 id:1
 10:35:05.689 c.People [Thread-0] - 开始收信 id:2
 10:35:06.688 c.Postman [Thread-4] - 送信 id:2, 内容:内容2
 10:35:06.688 c.Postman [Thread-5] - 送信 id:1, 内容:内容1
 10:35:06.688 c.People [Thread-0] - 收到信 id:2, 内容:内容2
 10:35:06.688 c.People [Thread-2] - 收到信 id:1, 内容:内容1
 10:35:06.688 c.Postman [Thread-3] - 送信 id:3, 内容:内容3
 10:35:06.689 c.People [Thread-1] - 收到信 id:3, 内容:内容3
相关推荐
阿维的博客日记1 个月前
用volatile修饰数组代表什么意思，Java
java·juc·volatile
是三好1 个月前
并发容器（Collections）
java·多线程·juc
编程、小哥哥1 个月前
互联网大厂Java求职面试实录 —— 严肃面试官遇到搞笑水货程序员
java·面试·mybatis·dubbo·springboot·多线程·juc
yb0os11 个月前
手写一个简单的线程池
java·开发语言·数据库·计算机·线程池·juc
是三好1 个月前
Lock锁
java·juc
abc小陈先生1 个月前
JUC并发编程1
java·juc
左灯右行的爱情2 个月前
深入理解 G1 GC：已记忆集合（RSet）与收集集合（CSet）详解
java·jvm·后端·juc
左灯右行的爱情3 个月前
深入学习ReentrantLock
java·后端·juc
佛祖让我来巡山4 个月前
JUC相关知识点总结
juc
fly spider5 个月前
多线程-线程池的使用
java·面试·线程池·多线程·juc
热门推荐
01集群聊天服务器---MySQL数据库的建立02Java学习第十五部分——MyBatis03Coze扣子平台完整体验和实践（附国内和国际版对比）04基于odoo17的设计模式详解---单例模式05使用Ruby接入实时行情API教程06扣子（coze）实战|我用扣子搭建了一个自动分析小红薯笔记内容的AI应用|详细步骤拆解07《深入设计模式》模式结构汇总08基于odoo17的设计模式详解---装饰模式09DeepSeek各版本说明与优缺点分析10Java类变量（静态变量）