java | 设计模式同步模式-保护性暂停解耦多模式

这是对

的再次升级分析。

之前虽然可以进行线程间的唤醒，但是，都是一个线程借助一个锁，唤醒另外一个线程。

但是，我们想多个线程借助一个模块，唤醒多个对应线程。

设计一个用来解耦的中间类，不仅能够解耦「结果等待者」和「结果生产者」，同时还能够同时支持多个任务的管理。

考虑以下的场景

有一个相亲晚会，相亲晚会的一个节目是，女生收到男生的情书
每个女生只能收到一个情书
男生只能有一个心仪的女生，并且写情书，为了公平，男生选择好一个女生后，其他男生就不能选择该女生了
在规定时间内，男生把情书写好，放到信箱中，等待心仪女生获取

上面只是一个小场景，不必特别在意「其实是为了代码逻辑，硬想出的场景」，但是，有一个限制点需要特别提示一下

女生和男生之间是点对点连接
信箱只是暂时存放信件

代码如下

package com.redisc;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.Hashtable;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

@Slf4j(topic = "c.Run")
public class Run {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new girl().start();
        }
        Thread.sleep(1000);

        for (Integer id : Mailboxes.getIds()) {
            new boy(id, "情书内容:做我女朋友吧" + id).start();
        }
    }

}

@Slf4j(topic = "c.Girl")
class girl extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // 收信
        GuardedObject guardedObject = Mailboxes.createGuardedObject();
        log.debug("等待情书 女生 id {}", guardedObject.getId());
        Object mail = guardedObject.get(5000);
        log.debug("收到情书 女生 id:{} 内容:{}", guardedObject.getId(), mail);
    }
}

@Slf4j(topic = "c.Boy")
class boy extends Thread {
    private int id;
    private String mail;

    public boy(int id, String mail) {
        this.id = id;
        this.mail = mail;
    }

    @Override
    public void run() {
        GuardedObject guardedObject = Mailboxes.getGuardedObject(id);
        log.debug("写情书并发送 id:{} 内容 {}", id, mail);
        guardedObject.complete(mail);
    }
}

class Mailboxes {
    // 由于是多线程访问，所以，要注意线程安全问题
    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); // 一次性，要移除
    }

    public static GuardedObject createGuardedObject() {
        GuardedObject go = new GuardedObject(generateId());
        boxes.put(go.getId(), go);
        return go;
    }

    public static Set<Integer> getIds() {
        // 为什么不需要加 synchronized，是因为 Hashtable 本来就是线程安全的
        return boxes.keySet();
    }
}

class GuardedObject {
    private int id;
    private Object response;

    public GuardedObject(int id) {
        this.id = id;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    // 获取结果
    public Object get(long timeout) {
        // 开始时间
        long begin = System.currentTimeMillis();
        synchronized (this) {
            // 经历时间
            long passedTime = 0;
            // 解决虚假唤醒
            while (response == null) {
                if (passedTime >= timeout) {
                    break;
                }
                try {
                    this.wait(timeout - passedTime);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 求得经历时间
                passedTime = System.currentTimeMillis() - begin;
            }
            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();
        }
    }
}

输出

14:30:16.034 [Thread-2] DEBUG c.Girl - 等待情书 女生 id 2
14:30:16.035 [Thread-1] DEBUG c.Girl - 等待情书 女生 id 3
14:30:16.034 [Thread-0] DEBUG c.Girl - 等待情书 女生 id 1
14:30:17.048 [Thread-4] DEBUG c.Boy - 写情书并发送 id:2 内容 情书内容:做我女朋友吧2
14:30:17.048 [Thread-3] DEBUG c.Boy - 写情书并发送 id:3 内容 情书内容:做我女朋友吧3
14:30:17.049 [Thread-5] DEBUG c.Boy - 写情书并发送 id:1 内容 情书内容:做我女朋友吧1
14:30:17.049 [Thread-1] DEBUG c.Girl - 收到情书 女生 id:3 内容:情书内容:做我女朋友吧3
14:30:17.049 [Thread-2] DEBUG c.Girl - 收到情书 女生 id:2 内容:情书内容:做我女朋友吧2
14:30:17.049 [Thread-0] DEBUG c.Girl - 收到情书 女生 id:1 内容:情书内容:做我女朋友吧1

根据

Mailboxes 是图中的 Futures
MailBoxes 暂时存放中间信息传递

这时候有的人就问，必须要 MailBoxes 吗？答案是当然可以，看下面的代码

package com.redisc;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.*;


@Slf4j(topic = "c.Run")
public class Run {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
    	// 这里其实拿到信件后，要删除，要是没删除，后续可能会撑爆内存
        List<girl> girls = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            girl girl_ = new girl();
            girls.add(girl_);
            girl_.start();
        }
        Thread.sleep(1000);

        girls.forEach(
                (g) -> {
                    new boy(g, "做我女朋友").start();
                }
        );
    }

}

@Slf4j(topic = "c.Girl")
class girl extends Thread {

    private GuardedObject guardedObject = new GuardedObject();

    public GuardedObject getGuardedObject() {
        return guardedObject;
    }

    @Override
    public void run() {
        // 收信
        log.debug("等待情书 女生");
        Object mail = guardedObject.get(5000);
        log.debug("收到情书 女生 内容:{}", mail);
    }
}

@Slf4j(topic = "c.Boy")
class boy extends Thread {
    private String mail;
    private girl girl_;

    public boy(girl girl_, String mail) {
        this.girl_ = girl_;
        this.mail = mail;
    }

    @Override
    public void run() {
        log.debug("写情书并发送 内容 {}", mail);
        this.girl_.getGuardedObject().complete(mail);
    }
}

class GuardedObject {
    private Object response;

    // 获取结果
    public Object get(long timeout) {
        // 开始时间
        long begin = System.currentTimeMillis();
        synchronized (this) {
            // 经历时间
            long passedTime = 0;
            // 解决虚假唤醒
            while (response == null) {
                if (passedTime >= timeout) {
                    break;
                }
                try {
                    this.wait(timeout - passedTime);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 求得经历时间
                passedTime = System.currentTimeMillis() - begin;
            }
            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();
        }
    }
}

功能当然可以实现，但是，耦合性非常高，不利于以后的功能替换。