《Java高并发程序设计》读书笔记五

第五章并行模式与算法

1、单例模式

是一种对象创建模式，用于产生一个对象的具体实例，它可以确保系统一个类只产生一个实例。
对于频繁创建使用的对象可以省略new 操作花费的时间，可以减少系统开销。
由于new 操作的次数减少，系统内存使用频率降低，这将减轻GC压力，缩短GC停顿时间。
构造函数私有，instance对象需要是私有且静态的

2、不变模式

核心：一个对象一旦被创建，则它的内部状态将永远不会发生改变。

不变模式的实现：

去除所有的setter方法以及所有修改自身属性的方法。
属性设为私有，并且final标记，确保其不可修改。
确保子类可以重载修改它的行为。
有一个可以创建完整对象的构造函数。

使用不变模式的例子：元数据的包装类和String类

3、生产者消费者模式

生产者线程负责提交用户请求，消费者线程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进行通信。
生产者消费者模式中的内存缓存区，它做为生产者消费者之间的通信桥梁，避免了生产者和消费者之间的直接通信，从而将生产者和消费者进行解耦。

缓冲区的主要功能是数据在多线程间的共享，此外通过该缓冲区可以缓解生产者和消费者间的性能差异。

共享数据：

package com.ecut.pattern;

public class PCData {

    private final int intData;

    public PCData(String s) {
        intData = Integer.valueOf(s);
    }

    public PCData(int i) {
        intData = i;
    }

    @Override
    public String toString() {

        return "PCdata:" + intData;
    }
}

生产者：

package com.ecut.pattern;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class Producer implements Runnable {

    private volatile boolean isRunning = true;

    private AtomicInteger count = new AtomicInteger();

    private BlockingQueue<PCData> queue;

    public Producer(BlockingQueue<PCData> queue) {
        this.queue = queue;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (isRunning) {
            PCData data = new PCData(count.incrementAndGet());
            if (!queue.offer(data)) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "failed to put data:" + data);
            } else {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " product data :" + data);
            }
        }
    }

    public void stop() {
        isRunning = false;
    }
}

消费者：

package com.ecut.pattern;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;

public class Consumer implements Runnable {

    private BlockingQueue<PCData> queue;

    public Consumer(BlockingQueue<PCData> queue) {
        this.queue = queue;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                PCData pcData = queue.take();
                if (pcData != null) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " consumer data " + pcData);
                }
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Main函数：

package com.ecut.pattern;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        BlockingQueue<PCData> blockingQueue = new LinkedBlockingDeque<PCData>(10);
        Producer producer1 = new Producer(blockingQueue);
        Producer producer2 = new Producer(blockingQueue);
        Producer producer3 = new Producer(blockingQueue);
        Consumer consumer1 = new Consumer(blockingQueue);
        Consumer consumer2 = new Consumer(blockingQueue);
        Consumer consumer3 = new Consumer(blockingQueue);
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        executorService.execute(producer1);
        executorService.execute(producer2);
        executorService.execute(producer3);
        executorService.execute(consumer1);
        executorService.execute(consumer2);
        executorService.execute(consumer3);
        Thread.sleep(10000);
        producer1.stop();
        producer2.stop();
        producer3.stop();
        executorService.shutdown();
    }
}

4、Future模式

Future模式的核心是异步调用，可以被调用者立即返回，让他在后台慢慢处理这个请求。调用者可以先处理其他任务。

RunnableFuture继承了Future和Runnable接口，其中run方法用于构造真实数据，它有一个具体实现类FutureTask类。FutureTask类内部run方法使调用Callable接口的run方法。

package com.ecut.pattern;

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 stringBuffer = new StringBuffer();
        for(int i = 0 ; i< 10 ; i++){
            stringBuffer.append(para);
        }
        return stringBuffer.toString();
    }
}

FutureTest类：

package com.ecut.pattern;

import java.util.concurrent.*;

public class FutureTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //构造futureTask
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(new RealData("a"));
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        //执行futureTask实际上是调用的RealData的call方法
        executorService.submit(futureTask);
        System.out.println("请求完毕！");
        //异步调用，因此这里可以进行其他的业务处理
        Thread.sleep(2000);
        //如果call方法没有执行完则依然等待
        System.out.println("数据为" + futureTask.get());
    }
}

运行结果如下：

请求完毕！
数据为aaaaaaaaaa

5、并行流水线

并行流水线：将有依赖的操作分配在不同的线程进行计算。

package com.ecut.parallel;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

public class Pipeline {

    public static class Msg {
        public double i;
        public double j;
        public String orgStr = null;
    }

    public static class Plus implements Runnable {

        public static BlockingQueue<Msg> blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<>();

        @Override
        public void run() {
            try {
                Msg msg = blockingQueue.take();
                msg.j = msg.i + msg.j;
                Multiply.blockingQueue.add(msg);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }

    public static class Multiply implements Runnable {

        public static BlockingQueue<Msg> blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<>();

        @Override
        public void run() {
            try {
                Msg msg = blockingQueue.take();
                msg.j = msg.j * msg.i;
                Div.blockingQueue.add(msg);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static class Div implements Runnable {

        public static BlockingQueue<Msg> blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<>();

        @Override
        public void run() {
            try {
                Msg msg = blockingQueue.take();
                msg.j = msg.j / 2;
                System.out.println(msg.orgStr + "=" + msg.j);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 1; i < 1000; i++) {
            for (int j = 1; j < 1000; j++) {
                Msg msg = new Msg();
                msg.i = i;
                msg.j = j;
                msg.orgStr = "((" + i + "+" + j + ")" + "*" + i + ")/2";
                Plus.blockingQueue.add(msg);
                new Thread(new Plus()).start();
                new Thread(new Multiply()).start();
                new Thread(new Div()).start();
            }
        }


    }
}

6、并行排序

例子：奇偶排序、希尔排序

转载请于明显处标明出处:

https://www.cnblogs.com/AmyZheng/p/10481967.html

《Java高并发程序设计》读书笔记五

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