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。
著名的4人帮: Erich Gamma,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
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
单例模式最简单的实现:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
|
public class Singleton { private Singleton() { System.out.println( "Singleton is create" ); } private static Singleton instance = new Singleton(); public static Singleton getInstance() { return instance; } } |
由私有构造方法和static来确定唯一性。
缺点:何时产生实例 不好控制
虽然我们知道,在类Singleton第一次被加载的时候,就产生了一个实例。
但是如果这个类中有其他属性
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
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; } } |
当使用
System.out.println(Singleton.STATUS);
这个实例就被产生了。也许此时你并不希望产生这个实例。
如果系统特别在意这个问题,这种单例的实现方法就不太好。
第二种单例模式的解决方式:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
|
public class Singleton { private Singleton() { System.out.println( "Singleton is create" ); } private static Singleton instance = null ; public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null ) instance = new Singleton(); return instance; } } |
让instance只有在调用getInstance()方式时被创建,并且通过synchronized来确保线程安全。
这样就控制了何时创建实例。
这种方法是延迟加载的典型。
但是有一个问题就是,在高并发的场景下性能会有影响,虽然只有一个判断就return了,但是在并发量很高的情况下,或多或少都会有点影响,因为都要去拿synchronized的锁。
为了高效,有了第三种方式:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
|
public class StaticSingleton { private StaticSingleton(){ System.out.println( "StaticSingleton is create" ); } private static class SingletonHolder { private static StaticSingleton instance = new StaticSingleton(); } public static StaticSingleton getInstance() { return SingletonHolder.instance; } } |
由于加载一个类时,其内部类不会被加载。这样保证了只有调用getInstance()时才会产生实例,控制了生成实例的时间,实现了延迟加载。
并且去掉了synchronized,让性能更优,用static来确保唯一性。
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
创建一个不变的类:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
|
public final class Product { // 确保无子类 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) { // 在创建对象时,必须指定数据 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() { return price; } } |
Java中不变的模式的案例有:
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
核心思想是异步调用
非异步:
异步:
第一次的call_return由于任务还没完成,所以返回的是一个空的。
但是这个返回类似于购物中的订单,将来可以根据这个订单来得到一个结果。
所以这个Future模式意思就是,“未来”可以得到,就是指这个订单或者说是契约,“承诺”未来就会给结果。
Future模式简单的实现:
调用者得到的是一个Data,一开始可能是一个FutureData,因为RealData构建很慢。在未来的某个时间,可以通过FutureData来得到RealData。
代码实现:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
|
public interface Data { public String getResult (); } public class FutureData implements Data { protected RealData realdata = null ; //FutureData是RealData的包装 protected boolean isReady = false ; public synchronized void setRealData(RealData realdata) { if (isReady) { return ; } this .realdata = realdata; isReady = true ; notifyAll(); //RealData已经被注入,通知getResult() } public synchronized String getResult() //会等待RealData构造完成 { while (!isReady) { try { wait(); //一直等待,知道RealData被注入 } catch (InterruptedException e) { } } return realdata.result; //由RealData实现 } } 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; } } public class Client { public Data request( final String queryStr) { final FutureData future = new FutureData(); new Thread() { public void run() { // RealData的构建很慢, //所以在单独的线程中进行 RealData realdata = new RealData(queryStr); future.setRealData(realdata); } }.start(); return future; // FutureData会被立即返回 } } 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()); } |
JDK中也有多Future模式的支持:
接下来使用JDK提供的类和方法来实现刚刚的代码:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
|
import java.util.concurrent.Callable; public class RealData implements Callable<String> { private String para; public RealData(String para) { this .para = para; } @Override public String call() throws Exception { StringBuffer sb = new StringBuffer(); for ( int i = 0 ; i < 10 ; i++) { sb.append(para); try { Thread.sleep( 100 ); } catch (InterruptedException e) { } } return sb.toString(); } } |
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
|
import java.util.concurrent.ExecutionException; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.FutureTask; public class FutureMain { public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { // 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); 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()); } } |
这里要注意的是FutureTask是即具有 Future功能又具有Runnable功能的类。所以又可以运行,最后还能get。
当然如果在调用到future.get()时,真实数据还没准备好,仍然会产生阻塞状况,直到数据准备完成。
当然还有更加简便的方式:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
|
import java.util.concurrent.ExecutionException; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Future; public class FutureMain2 { public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { 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()); } } |
由于Callable是有返回值的,可以直接返回future对象。
5. 生产者消费者
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。
以前写过一篇用Java来实现生产者消费者的多种方法,这里就不多阐述了。