JUC并发编程设计模式

一、保护性暂停

1.1 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（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

1.2 实现

GuardedObject（保护对象），其response属性用来保存最终的结果（t1使用结果，t2产生结果），初始值为null（wait-notify在GuardedObject上等待结果）

模拟应用场景：线程1需要等待线程2产生的结果，线程2进行一个下载任务

import cn.itcast.pattern.Downloader;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.io.IOException;
import java.util.List;@Slf4j(topic = "c.Test")
public class Test {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {GuardedObject guardedObject = new GuardedObject();new Thread(() -> {// 等待结果log.debug("等待结果");List<String> list = guardedObject.get();log.debug("结果的大小:{}", list.size());}, "t1").start();new Thread(() -> {log.debug("执行下载");try {List<String> list = Downloader.download();// 将下载结果传给线程1guardedObject.complete(list);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}});}
}class uardedObject {// 结果private Object response;// 获取结果的方法public Object get() {synchronized (this) {// 还没有结果while (response == null) {// 调用wait等待try {this.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}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;// 通知等待线程this.notifyAll();}}
}

运行结果：

1.3 保护性暂停扩展—增加超时

二、 两阶段终止-interrupt

Two Phase Termination
在一个线程T1中如何“优雅”终止线程T2？这里的【优雅】指的是给T2一个料理后事的机会。

错误思路

● 使用线程对象的stop()方法停止线程（强制杀死）
—— stop（）方法会真正杀死线程，如果这时线程锁住了共享资源，那么当它被杀死后就再也没有机会释放锁，其它线程将永远无法获取锁

● 使用System.exit（int）方法停止线程
—— 目的仅是停止一个线程，但这种做法会让整个程序都停止

2.1 两阶段终止-interrupt分析

有如下场景，做一个系统的健康状态监控（记录电脑CPU的使用率、内存的使用率）实现定时监控。实现这样一个场景，可用一个后台的监控线程不断记录。

代码实现：

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;@Slf4j(topic = "c.Test")
public class Test {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {TwoPhaseTermination tpt=new TwoPhaseTermination();// 启动监控线程（每隔1秒执行监控记录）tpt.start();// 模拟非正常打断，主线程经过3.5后，被interrupt()===>优雅打断Thread.sleep(3500);tpt.stop();}
}
// 监控类代码
@Slf4j(topic = "c.TwoPhaseTermination")
class TwoPhaseTermination{// 创建监控线程private Thread monitor;// 启动监控线程public void start(){// 创建线程对象monitor=new Thread(()->{// 不断被执行监控while (true){// 获取当前线程对象，判断是否被打断Thread current = Thread.currentThread();if(current.isInterrupted()){// 若被打断log.debug("料理后事");break;}// 若未被打断（每隔2s执行睡眠，进行监控操作）try {Thread.sleep(1000);  // 情况1===>非正常打断（睡眠过程中）log.debug("执行监控记录");   // 情况2===>正常打断} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();// 重新设置打断标记（sleep()被打断后会清除打断标记）current.interrupt();}}});monitor.start();}// 停止监控线程public void stop(){// "优雅"打断monitor.interrupt();}
}

运行结果：

分析：监控线程每隔1s监控系统，主线程处于休眠状态，3.5秒后休眠状态被打断

*****interrupted（）与isInterrupted（）均为判断当前线程是否被打断，表面上看起来类似。但却有着很大的区别，调用isInterrupted（）不会清除打断标记，而调用interrupted（）判断完后会将打断标记清除

三、固定运行顺序

同步模式之顺序控制
比如，先打印2后打印1（如果不加控制两个线程被CPU调度的时间不受控制）

3.1 wait notify版

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;@Slf4j(topic = "c.Test25")
public class Test25 {// 锁对象static final Object lock = new Object();// 表示 t2 是否运行过static boolean t2runned = false;public static void main(String[] args) {// 打印1的线程（线程1期待线程2打印过后将标记置为真后再打印）Thread t1 = new Thread(() -> {synchronized (lock) {while (!t2runned) {try {lock.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}log.debug("1");}}, "t1");// 打印2的线程Thread t2 = new Thread(() -> {synchronized (lock) {log.debug("2");t2runned = true;lock.notify();}}, "t2");t1.start();t2.start();}
}

运行结果：

3.2 park unpack版

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;@Slf4j(topic = "c.Test26")
public class Test26 {public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread(() -> {LockSupport.park();log.debug("1");}, "t1");t1.start();new Thread(() -> {log.debug("2");LockSupport.unpark(t1);},"t2").start();}
}

运行结果：

3.3 ReentrantLock——await&signal

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;@Slf4j(topic = "c.Test24")
public class Test24 {static final Object room = new Object();static boolean flag = false;static ReentrantLock ROOM = new ReentrantLock();// 创建一个新的条件变量（休息室）static Condition waitSet = ROOM.newCondition();public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 打印“1”的线程Thread t1 = new Thread(() -> {ROOM.lock();try {log.debug("2是否打印完毕[{}]", flag);while (!flag) {log.debug("未打印2，先歇会！");try {waitSet.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}log.debug("1");} finally {// 解锁ROOM.unlock();}});// 打印“2”的线程Thread t2=new Thread(()->{ROOM.lock();try {log.debug("2");flag=true;// 唤醒线程waitSet.signal();}finally {ROOM.unlock();}});t1.start();t2.start();}
}

四、交替输出

线程1输出a 5次，线程2输出b 5次，线程3输出c 5次。现在要求输出abcabcabcabcabc怎么实现

4.1 wait notify版

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;@Slf4j(topic = "c.Test")
public class Test {public static void main(String[] args) {Wait_notify wait_notify = new Wait_notify(1,5);// 线程t1打印anew Thread(() -> {wait_notify.print("a",1,2);}, "t1").start();// 线程t1打印bnew Thread(() -> {wait_notify.print("b",2,3);}, "t2").start();// 线程t3打印cnew Thread(() -> {wait_notify.print("c",3,1);}, "t3").start();}
}/*输出内容         等待标记     下一个标记a               1           2b               2           3c               3           1*/
class Wait_notify {// 等待标记【存在3个线程，因此用blooen变量不太合适（blooen变量的状态只有两个）】private int flag;        // 1: t1    2: t2   3: t3// 循环次数private int loopnumber;public Wait_notify(int flag, int loopnumber) {this.flag = flag;this.loopnumber = loopnumber;}// 打印方法（打印内容，打印标记）public void print(String s, int wait, int nextFlag) {for (int i = 0; i < loopnumber; i++) {synchronized (this) {while (flag != wait) {// 进入等待try {this.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}System.out.print(s);flag = nextFlag;// 唤醒其他等待的线程this.notifyAll();}}}
}

运行结果：

4.2 ReentrantLock——await&signal

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;@Slf4j(topic = "c.Test")
public class Test {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Awaitsynch awaitsynch = new Awaitsynch(5);// 线程1的休息室Condition a = awaitsynch.newCondition();// 线程2的休息室Condition b = awaitsynch.newCondition();// 线程3的休息室Condition c = awaitsynch.newCondition();new Thread(() -> {awaitsynch.print("a", a, b);}).start();new Thread(() -> {awaitsynch.print("b", b, c);}).start();new Thread(() -> {awaitsynch.print("c", c, a);}).start();// 三个线程刚开始都会进入各自休息室进行休息（利用主线程先将a休息室中的线程唤醒）Thread.sleep(1000);awaitsynch.lock();try {System.out.println("开始......");// 唤醒a休息室中的线程a.signal();} finally {awaitsynch.unlock();}}
}
class Awaitsynch extends ReentrantLock {// 循环次数private int loopnumber;public Awaitsynch(int loopnumber) {this.loopnumber = loopnumber;}//  （打印内容,进入的休息室,下一个休息室）public void print(String s, Condition con, Condition next) {for (int i = 0; i < loopnumber; i++) {// 给当前线程加锁lock();try {con.await();System.out.print(s);// 唤醒下一个休息室中的线程next.signal();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {unlock();}}}
}

运行结果：

4.3 park unpack版

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;@Slf4j(topic = "c.Test24")
public class Test24 {static Thread a;static Thread b;static Thread c;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {ParkUnpark parkUnpark = new ParkUnpark(5);a=new Thread(() -> {parkUnpark.print("a", b);});b=new Thread(() -> {parkUnpark.print("b", c);});c=new Thread(() -> {parkUnpark.print("c", a);});a.start();b.start();c.start();// 主线程唤醒当前暂停的线程LockSupport.unpark(a);}
}
class parkUpark {// 循坏次数private int loopNumber;public parkUpark(int loopNumber) {this.loopNumber = loopNumber;}// print(打印的内容,要唤醒的线程)public void print(String s, Thread next) {for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {// 暂停当前线程(阻塞)LockSupport.park();System.out.println(s);// 唤醒下一个线程LockSupport.unpark(next);}}
}