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- Java中的單例模式、堵塞隊列和定時(shí)器知識點(diǎn)整理
這篇文章主要講解了“Java中的單例模式、堵塞隊列和定時(shí)器知識點(diǎn)整理”，文中的講解內容簡(jiǎn)單清晰，易于學(xué)習與理解，下面請大家跟著(zhù)小編的思路慢慢深入，一起來(lái)研究和學(xué)習“Java中的單例模式、堵塞隊列和定時(shí)器知識點(diǎn)整理”吧！
一、單例模式
餓漢模式
懶漢模式
懶漢模式
二、堵塞隊列
實(shí)現BlockingQueue
三、定時(shí)器
單例模式是一種設計模式，針對一些特定的場(chǎng)景，研究出對應的解決方案，。有些對象在代碼中只應該有一個(gè)實(shí)例，單例模式就是強制某個(gè)類(lèi)只能有一個(gè)實(shí)例。
單例模式的實(shí)現，主要依托于static關(guān)鍵字（被static 修飾的成員，靜態(tài)成員，把當前的成員變成類(lèi)屬性而不是實(shí)例屬性~）每個(gè)類(lèi)對象只有一份
單例模式實(shí)現有兩種，餓漢模式和懶漢模式
餓漢模式實(shí)現：實(shí)例創(chuàng )建出現在“類(lèi)加載”階段（第一次使用到這個(gè)類(lèi)的時(shí)候，就會(huì )把這個(gè)類(lèi).class加載到內存里），線(xiàn)程安全
public class TestSinger {
//實(shí)現單例模式
static class Singleton{
//創(chuàng )建一個(gè)成員，保存唯一的一個(gè)Singleton實(shí)例
private static Singleton instance=new Singleton();
//提供方法獲取實(shí)例
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
private Singleton(){
}
}
public static void main(String[] args) {
//獲取到一個(gè)實(shí)例 ，只能通過(guò) getInstance 無(wú)法通過(guò)new 的方式來(lái)創(chuàng )建新的Singleton
Singleton s=Singleton.getInstance();
}
}第一次調用getInstance 方法創(chuàng )建實(shí)例 （線(xiàn)程不安全）
public class TestSingleton {
//懶漢模式
//創(chuàng )建實(shí)例的時(shí)機是第一次調用時(shí)創(chuàng )建，比餓漢模式更遲
static class Singleton{
private static Singleton instance=null;
public static Singleton getInstance(){
if(instance==null){
instance=new Singleton();
}
return instance;
}
private Singleton(){
}
}
public static void main(String[] args) {
Singleton s=new Singleton();
}
}一般來(lái)說(shuō)懶漢模式更好（但不絕對），懶漢模式更高效，但是餓漢模式是線(xiàn)程安全的，懶漢模式是存在線(xiàn)程不安全的狀況，因為懶漢模式有創(chuàng )建線(xiàn)程實(shí)例操作，此操作不是原子性，
public static Singleton getInstance(){
if(instance==null){
instance=new Singleton();
}
return instance;
}懶漢模式這里操作先進(jìn)行讀操作（LOAD）,之后進(jìn)行比較CMP 之后NEW SAVE（寫(xiě)入內存），如果這里有兩個(gè)線(xiàn)程執行，會(huì )發(fā)生搶占式,因為這里操作不是原子性的，所有會(huì )發(fā)生創(chuàng )建多個(gè)實(shí)例的情況，出現了BUG，
這里我們通過(guò)加鎖操作來(lái)使得操作變?yōu)樵有?，使得懶漢模式變?yōu)榫€(xiàn)程安全的，可以把鎖加到方法上，這時(shí)候是針對CMP,NEW 和 SAVE 操作都進(jìn)行了加鎖，三個(gè)操作都是串行的，但是這種效率太低了，我們應該把鎖作用范圍更小一點(diǎn)，針對CMP（判斷）和NEW 操作進(jìn)行加鎖，SAVE 只是讀操作，并沒(méi)有修改，不需要加鎖，提高效率。
public static Singleton getInstance(){
synchronized (Singleton.class){
if(instance==null){
instance=new Singleton();
}
}
return instance;
}但是這樣的代碼，符出的代價(jià)太大了，因為每次調用都會(huì )進(jìn)行加鎖，我們只是需要instance未初始化之前，才涉及到線(xiàn)程安全問(wèn)題，后續已經(jīng)初始化了，就每次要每次都執行加鎖，而是只是進(jìn)行判斷就好了，所以又修改了代碼，改為雙if判斷
public static Singleton getInstance(){
if(instance==null){
synchronized (Singleton.class){
if(instance==null){
instance=new Singleton();
}
}
}
return instance;
}但是這樣寫(xiě)還是會(huì )有瑕疵，因為在多線(xiàn)程的情況下，可能多個(gè)線(xiàn)程進(jìn)行讀操作，由于編譯器優(yōu)化，可能在寄存器讀取，而這時(shí)候執行操作還沒(méi)有執行完，還是null的狀態(tài)，所以我們也要在獲取實(shí)例時(shí)候加上鎖
保證線(xiàn)程安全：
1.加鎖，把if判斷和new操作加鎖
2.雙重if循環(huán)
3.volatile 關(guān)鍵字
//懶漢模式
static class Singleton{
volatile private static Singleton instance=null;
public static Singleton getInstance(){
if(instance==null){
synchronized (Singleton.class){
if(instance==null){
instance=new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
private Singleton(){
}
}
public static void main(String[] args) {
Singleton s=new Singleton();
}針對單例模式的線(xiàn)程安全要點(diǎn)：
1）加鎖（在合適的位置加鎖，CMP（判斷）和NEW（創(chuàng )建）時(shí)加鎖，同時(shí)加鎖的范圍也不能太大，避免降低效率）
2）雙重 判斷（保證需要加鎖時(shí)候才加鎖，一旦初始化完畢了，就不用創(chuàng )建實(shí)例，都為讀操作，就沒(méi)必要加鎖了）
3）volatile 保證外層 if 讀操作，讀到的數值都是最新的，不會(huì )出現一個(gè)正在創(chuàng )建實(shí)例，而讀取時(shí)是NULL 進(jìn)入IF判斷的情況
堵塞隊列是什么？ 一種線(xiàn)程安全的隊列，
1.首先堵塞隊列是線(xiàn)程安全的（內部實(shí)現了加鎖控制），
2.當隊列滿(mǎn)的時(shí)候，此時(shí)就會(huì )堵塞，一直到堵塞隊列不滿(mǎn)的情況下才會(huì )完成插入，當隊列為空時(shí)，從隊列中取元素時(shí)，也會(huì )發(fā)生堵塞。
堵塞隊列的作用：
幫助我們完成“生產(chǎn)者消費者模型”，作用于開(kāi)發(fā)
生產(chǎn)者和消費者模型通過(guò)某種交易場(chǎng)所（某數據結構）來(lái)進(jìn)行交互 ，堵塞隊列就是其中的一種數據結構，能夠很好的協(xié)調生產(chǎn)者和消費者之間的關(guān)系，
實(shí)際案例（服務(wù)器請求）：
一個(gè)服務(wù)器，同一時(shí)刻可能收到很多請求，但是服務(wù)器處理能力是有限的，如果同一時(shí)間服務(wù)器收到的請求太多了，服務(wù)器可能就掛了…，針對這樣的場(chǎng)景，使用生產(chǎn)者和消費者模式來(lái)進(jìn)行“削峰”，削弱請求峰值對服務(wù)器的沖擊力，如果服務(wù)器面對請求太多了，實(shí)際上先把請求放入堵塞隊列中，應用程序按照固定的結構從堵塞隊列中取出，這些請求沖擊的是堵塞隊列本身，請求在這里耗著(zhù)，不會(huì )消耗太多的CPU資源，緩解服務(wù)器壓力
消息隊列，是堵塞隊列的上級
1.消息隊列中數據是有類(lèi)型的（topic），按照topic進(jìn)行分類(lèi)，把相同topic的數據放到不同的隊伍中，分別進(jìn)行排隊，一個(gè)消息隊列，可以支撐多個(gè)業(yè)務(wù)的多組數據~~
2.消息隊列往往是單獨的服務(wù)器/服務(wù)器集群，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )通信的方式，進(jìn)行生產(chǎn)者和消費者模型
3.還支持持久化存儲（數據存儲在磁盤(pán)上）
4.消費的時(shí)候支持多種消費模式
a)指定位置消費（不一定只是取出隊首元素）
b)鏡像模式消費（一個(gè)數據可以被取多次，不是取一次直接刪除）
實(shí)現堵塞隊列：
public static void main(String[] args) {
//BlockingDeque 本身是一個(gè)interface 不能去new
BlockingDeque<String> blockingDeque=new LinkedBlockingDeque<>();
try {
//put 和 take 都有堵塞功能
//堵塞隊列也有普通方法但是沒(méi)有堵塞功能。
blockingDeque.put("hello");
String elem=blockingDeque.take();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}實(shí)現一個(gè)生產(chǎn)者和消費者模型
import java.util.concurrent.BlockingDeque;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;
public class Demo2 {
//實(shí)現生產(chǎn)者和消費者模型
public static void main(String[] args) {
BlockingDeque<String> queue=new LinkedBlockingDeque();
//創(chuàng )建生產(chǎn)者線(xiàn)程
Thread producer=new Thread(){
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<10000;i++){
try {
System.out.println("producer 生成 str"+i);
queue.put("str "+i);
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
};
producer.start();
//消費者線(xiàn)程
Thread customer=new Thread(){
@Override
public void run() {
while(true){
try {
String elem=queue.take();
System.out.println("customer 獲取到" + elem);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
};
customer.start();
try {
producer.join();
customer.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}這里實(shí)現的是生產(chǎn)者每一秒生成一個(gè)，生產(chǎn)者比消費者慢
可以借助堵塞隊列的最大長(cháng)度來(lái)設置一個(gè)生產(chǎn)者比消費者快的情況，將最大長(cháng)度設為10，使用sleep 一秒消費一個(gè)，但是一直在生產(chǎn)，這樣就是生產(chǎn)者大于消費者，主要使用put（）和take（）方法來(lái)操作堵塞隊列
1）首先要實(shí)現一個(gè)隊列，可以用鏈表或者數組實(shí)現隊列，這里使用數組實(shí)現一個(gè)隊列（環(huán)形隊列），定義兩個(gè)變量head,tail來(lái)標記數組頭部和尾部，插入元素時(shí)，插在tail位置，tail++,出隊列時(shí)取出head位置元素，head++，定義一個(gè)變量來(lái)標記長(cháng)度，如果長(cháng)度等于數組長(cháng)度，則要回到數組的頭部，來(lái)實(shí)現環(huán)形數組
public class ThreadDemo1 {
//自己實(shí)現堵塞隊列，先通過(guò)數組實(shí)現普通隊列
static class BlockingQueue{
private int[] array=new int[1000];
private int head=0;//記錄頭部
private int tail=0;//記錄尾部
private int size=0;
//實(shí)現入隊列
public void put(int value){
if(size==array.length){
System.out.println("隊列滿(mǎn)了，不能插入");
return ;
}
array[tail]=value;
tail++;
//解決環(huán)形數組
if(tail>=array.length){
tail=0;
}
size++;
}
//實(shí)現出隊列
public Integer take(){
if(size==0){
return null;
}
int ret=array[head];
head++;
if(head>=array.length){
head=0;
}
size--;
return ret;
}
}
}2.為了保證線(xiàn)程安全給隊列進(jìn)行加鎖操作，并且實(shí)現堵塞隊列
注意實(shí)現堵塞隊列，此時(shí)隊列是滿(mǎn)的，多個(gè)線(xiàn)程實(shí)現都是要等待，當一個(gè)線(xiàn)程取走一個(gè)元素，就會(huì )通知其他線(xiàn)程隊列不滿(mǎn)，多個(gè)線(xiàn)程就要競爭鎖，所以獲取到鎖操作后，還是要判斷隊列是否滿(mǎn)，可能這個(gè)線(xiàn)程沒(méi)有競爭到鎖，所以要用while()來(lái)進(jìn)行等待
static class BlockingQueue{
private int[] array=new int[1000];
private int head=0;//記錄頭部
private int tail=0;//記錄尾部
//記錄隊列中元素長(cháng)度
private int size=0;
//引入一個(gè)鎖對象
private Object locker=new Object();
//實(shí)現入隊列
public void put(int value) throws InterruptedException {
synchronized (locker){
while(size==array.length){
locker.wait();
}
array[tail]=value;
tail++;
//解決環(huán)形數組
if(tail>=array.length){
tail=0;
}
size++;
locker.notifyAll();
}
}
//實(shí)現出隊列
public Integer take() throws InterruptedException {
int ret=0;
synchronized (locker){
while (size==0){
locker.wait();
}
ret=array[head];
head++;
if(head>=array.length){
head=0;
}
size--;
locker.notifyAll();//喚醒操作，提醒等待元素，隊列有位置了
}
return ret;
}
}創(chuàng )建一個(gè)生產(chǎn)者消費者模型來(lái)檢驗自己實(shí)現的堵塞隊列是否成功
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
BlockingQueue queue=new BlockingQueue();
Thread producer=new Thread(){
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<10000;i++){
try {
System.out.println("生產(chǎn)了元素："+ i);
queue.put(i);
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
};
producer.start();
Thread customer=new Thread(){
@Override
public void run() {
try {
while(true){
int ret=queue.take();
System.out.println("消費了元素 "+ ret);
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
customer.start();
producer.join();
customer.join();
}實(shí)現了一個(gè)簡(jiǎn)單的堵塞隊列
定時(shí)器就是鬧鐘，給定時(shí)器設定一個(gè)任務(wù)，約定某個(gè)任務(wù)XXX時(shí)間后執行
目的：讓某個(gè)任務(wù)在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)執行，不是立刻執行
使用Timer 提供的核心接口 schedule 指定一個(gè)任務(wù)交給定時(shí)器，再一定的時(shí)間之后執行這個(gè)任務(wù)
實(shí)現定時(shí)器
1）Timer 類(lèi)中要包含一個(gè)Task類(lèi)，每個(gè)Task類(lèi)就表示一個(gè)具體的任務(wù)，Task里面包含一個(gè)時(shí)間戳（啥時(shí)候執行這個(gè)任務(wù)），還包含了一個(gè)Runnable 實(shí)例（用來(lái)表示具體任務(wù)是啥）
2）Timer里面通過(guò)一個(gè)帶優(yōu)先級的堵塞隊列，來(lái)組織若干個(gè)task，根據時(shí)間先后來(lái)排優(yōu)先級，快帶時(shí)間的任務(wù)優(yōu)先級更高
3）Timer 中還需要一個(gè)專(zhuān)門(mén)的線(xiàn)程，讓這個(gè)線(xiàn)程不停掃描隊首元素，看看隊首元素是不是可以執行了，如果可以執行了，就執行這個(gè)任務(wù)，如果不能執行，就繼續在隊列中等待。
實(shí)現定時(shí)器:
import java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue;
public class ThreadDemo2 {
//實(shí)現一個(gè)簡(jiǎn)單的定時(shí)器 task要放到一個(gè)優(yōu)先隊列中，但是優(yōu)先隊列中需要進(jìn)行比較排序
static class Task implements Comparable<Task>{
//啥時(shí)候去執行
private long time;
//執行什么
private Runnable command;
//一般去設定定時(shí)器的時(shí)候，傳入的時(shí)間，一般都是時(shí)間間隔
public Task(Runnable command,long time){
this.command=command;
//記錄絕對時(shí)間
this.time=System.currentTimeMillis()+time;
}
public void run(){
command.run();
}
@Override
public int compareTo(Task o) {
//時(shí)間較小的排在前面
return (int)(this.time-o.time);
}
}
static class Timer{
//創(chuàng )建一個(gè)帶優(yōu)先級的堵塞隊列
private PriorityBlockingQueue<Task> queue=new PriorityBlockingQueue<>();
//使用這個(gè)對象來(lái)實(shí)現線(xiàn)程之間的協(xié)調任務(wù)
private Object mailBox=new Object();
//schedule 方法的功能就是把一個(gè)Task 放到Timer中
public void schedule(Runnable command,long after){
Task task=new Task(command,after);
queue.put(task);
//當worker 線(xiàn)程中包含wait 機制的時(shí)候，在安排任務(wù)的時(shí)候就需要顯式的喚醒一下了
synchronized (mailBox){
mailBox.notify();
}
}
public Timer(){
//創(chuàng )建一個(gè)線(xiàn)程，讓這個(gè)線(xiàn)程去掃描隊列的隊首元素
Thread worker=new Thread(){
@Override
public void run() {
while (true){
//取出隊首元素，判定一下這個(gè)元素能不能執行
try {
Task task=queue.take();
long currentTime=System.currentTimeMillis();
if(currentTime>=task.time){
//時(shí)間到了執行任務(wù)
task.run();
}else{
//時(shí)間沒(méi)到，繼續等待
queue.put(task);
synchronized (mailBox){
mailBox.wait(task.time-currentTime);
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
};
worker.start();
}
}
} 免責聲明：本站發(fā)布的內容（圖片、視頻和文字）以原創(chuàng )、來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)轉載和分享為主，文章觀(guān)點(diǎn)不代表本網(wǎng)站立場(chǎng)，如果涉及侵權請聯(lián)系QQ:712375056 進(jìn)行舉報，并提供相關(guān)證據，一經(jīng)查實(shí)，將立刻刪除涉嫌侵權內容。
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