一、單例模式

設(shè)計(jì)模式：軟件設(shè)計(jì)模式

是一套被反復(fù)使用、多數(shù)人知曉、經(jīng)過分類編目、代碼設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。使用設(shè)計(jì)模式是為了可重用代碼、讓代碼更容易被他人理解、保證代碼可靠性、程序的重用性。

單例模式：是設(shè)計(jì)模式的一種。保證某個(gè)類在程序中只存在唯一一份實(shí)例，不會(huì)創(chuàng)建出多個(gè)實(shí)例。單例模式的具體實(shí)現(xiàn)分為“懶漢”和“餓漢”兩種。

構(gòu)造方法必須是私有的，保證該類不能在類外被隨便創(chuàng)建。

1、餓漢模式

類加載的同時(shí)，創(chuàng)建實(shí)例。（缺點(diǎn)是無論是否使用都會(huì)創(chuàng)建對象，比較占空間）

//類加載的時(shí)候創(chuàng)建對象，確保只能有一個(gè)實(shí)例對象
class Singleton {
    private static Singleton instance = new Singleton();
    //私有的構(gòu)造方法
    private Singleton() {}
    //只能通過getInstance（）方法獲取到同一個(gè)實(shí)例對象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

2、懶漢模式（單線程）

類加載的時(shí)候不創(chuàng)建實(shí)例，第一次使用的時(shí)候才創(chuàng)建實(shí)例。

（缺點(diǎn)：線程不安全，如果存在多個(gè)線程并發(fā)并行執(zhí)行，可能創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例，所以只適用于單線程）

class Singleton {
    private static Singleton instance = null;
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        //第一次使用時(shí)，創(chuàng)建實(shí)例
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        //后面使用時(shí)，直接返回第一次創(chuàng)建的實(shí)例
        return instance;
    }
}

3、懶漢模式（多線程）

上面的懶漢模式存在線程安全問題，如果多個(gè)線程同時(shí)調(diào)用getInstance()方法，可能創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例。所以在多線程時(shí)，我們需要使用synchronized改善線程安全問題。

class Singleton {
    private static Singleton instance = null;
    private Singleton() {}
    //加鎖保證不會(huì)有多個(gè)線程同時(shí)訪問改代碼塊
    public synchronized static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

對于以上代碼，雖然保證了線程安全，但是對于懶漢模式，只有在第一次調(diào)用時(shí)才會(huì)創(chuàng)建實(shí)例，大多數(shù)境況下只進(jìn)行讀操作，如果對代碼塊整體加鎖，程序執(zhí)行的效率會(huì)大大降低。我們可以對上面的程序進(jìn)一步優(yōu)化，對于讀操作，我們使用volatile修飾變量；只給寫操作的代碼塊加上鎖即可。

【單例模式懶漢模式多線程的進(jìn)一步優(yōu)化】雙重if判定

class Singleton {
    //使用volatile修飾變量
    private static volatile Singleton instance = null;
    private Singleton() {};
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            //只給寫操作的相關(guān)代碼加鎖
            synchronized (Singleton.class) {
                //需要雙重if判斷，防止在多線程中加鎖前instance發(fā)生變化
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

寫操作加鎖，保證線程安全；

如果已經(jīng)實(shí)例化，進(jìn)行讀操作，保證多個(gè)線程并發(fā)并行執(zhí)行，保證效率。

二、阻塞隊(duì)列

阻塞隊(duì)列是什么？

阻塞隊(duì)列是一種特殊的隊(duì)列。也遵守“先進(jìn)先出”的原則。

阻塞隊(duì)列是一種線程安全的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

• 當(dāng)隊(duì)列滿的時(shí)候，繼續(xù)入隊(duì)隊(duì)列就會(huì)阻塞，知道有其他線程從隊(duì)列中取走元素；
• 當(dāng)隊(duì)列空的時(shí)候，繼續(xù)出隊(duì)也會(huì)阻塞，直到其他線程往隊(duì)列中插入元素。

阻塞隊(duì)列的一個(gè)經(jīng)典應(yīng)用場景就是“生產(chǎn)者消費(fèi)者模型”。

標(biāo)準(zhǔn)庫中的阻塞隊(duì)列：

• BlockingQueue是一個(gè)接口，真是實(shí)現(xiàn)的是類是：LinkedBlockingQueue。
• put方法用于阻塞式的入隊(duì)列，take用于阻塞式的出隊(duì)列。
• BlockingQueue也有offer、poll、peek方法，但是不具有阻塞特性。

阻塞隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)

• 通過循環(huán)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)；
• 使用synchronized進(jìn)行加鎖控制
• put插入元素，如果隊(duì)列滿了，就進(jìn)行wait（要在循環(huán)中進(jìn)行wait，多線程情況下可能喚醒多個(gè)線程，所以喚醒后隊(duì)列可能還是滿的）
• take取出元素，如果隊(duì)列為空，就wait（循環(huán)中wait）

public class BlockingQueue{
    //使用循環(huán)數(shù)組來實(shí)現(xiàn)阻塞隊(duì)列
    private int[] array;
    //隊(duì)列中已經(jīng)存放元素的個(gè)數(shù)
    private int size;
    //放入元素的下標(biāo)
    private int putIndex;
    //取元素的下標(biāo)
    private int takeIndex;
    //在構(gòu)造方法中指定隊(duì)列的大小
    public BlockingQueue(int capacity){
        array=new int[capacity];
    }
    /*放元素：需要保證線程安全，如果隊(duì)列滿了，線程進(jìn)入等待*/
    public synchronized void put(int m) throws InterruptedException {
        //隊(duì)列滿，線程等待
        if(size==array.length){
            //需要注意的是，進(jìn)行等待的是當(dāng)顯得實(shí)例對象，不是類對象
            this.wait();
        }
        //放元素，同時(shí)更新下標(biāo)
        array[putIndex]=m;
        putIndex=(putIndex+1)%array.length;
        size++;
        //通知等待的線程
        notifyAll();
    }
    /*取元素：保證線程安全。如果隊(duì)列為空，線程等待*/
    public synchronized int take() throws InterruptedException {
        //隊(duì)列為空，線程等待
        if(size==0){
            this.wait();
        }
        //取元素，同時(shí)更新下標(biāo)
        int ret=array[takeIndex];
        takeIndex=(takeIndex+1)%array.length;
        size--;
        //通知等待的線程
        notifyAll();
        return ret;
    }
}

生產(chǎn)者消費(fèi)者模型

生產(chǎn)者消費(fèi)者模型就是通過一個(gè)容器來解決生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間的強(qiáng)耦合問題。

生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間不直接通信，而通過阻塞隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)通訊，所以生產(chǎn)者生產(chǎn)完數(shù)據(jù)不需要等待消費(fèi)者來處理，直接扔給阻塞隊(duì)列。消費(fèi)者也不需要去找生產(chǎn)者，而是直接從阻塞隊(duì)列中取。

• 阻塞隊(duì)列相當(dāng)于一個(gè)緩沖區(qū)，平衡了消費(fèi)者和生產(chǎn)者的處理能力；
• 阻塞隊(duì)列也能使生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間“解耦”。

耦合和解耦：

• 耦合指的是兩個(gè)類之間聯(lián)系的緊密程度。強(qiáng)耦合（表示類之間存在著直接的關(guān)系）。弱耦合（在兩個(gè)類的中間加入一層，將原來的之間關(guān)系變成間接關(guān)系，使得兩個(gè)類對中間層是強(qiáng)耦合，兩個(gè)類之間變成了弱耦合。
• 解耦：降低耦合度，也就是將強(qiáng)耦合變成弱耦合的過程。

三、線程池

池：字符串常量池（類似緩存）、數(shù)據(jù)庫連接池等

線程池：初始化的時(shí)候就創(chuàng)建一定數(shù)量的線程【不同的從線程池的阻塞隊(duì)列中取任務(wù)（消費(fèi)者）】【在其他線程中提交任務(wù)到線程池（生產(chǎn)者）】

優(yōu)點(diǎn)：

線程的創(chuàng)建和銷毀都有一定的代價(jià)，使用線程池就可以重復(fù)使用線程來執(zhí)行多組任務(wù)。（如果線程不再使用，并不是真正的將線程釋放，而是放到一個(gè)“池子”中，下次如果需要用到線程直接從池子中取，不必通過系統(tǒng)來創(chuàng)建）

1、創(chuàng)建線程池的的方法

（1）ThreadPoolExecutor

提供了更多的可選參數(shù)，可以進(jìn)一步細(xì)化線程池行為的設(shè)定。

以第三個(gè)構(gòu)造方法為例：

1. corePoolSize:表示核心線程的數(shù)量
2. maximumPoolSize:最大線程數(shù)（核心線程+臨時(shí)線程）
3. keepAliveTime：允許臨時(shí)線程空閑的時(shí)間（如果超過該時(shí)間臨時(shí)線程還是沒有任務(wù)執(zhí)行，就被銷毀）
4. unit: keepaliveTime的時(shí)間單位
5. workQueue：傳遞任務(wù)的阻塞隊(duì)列
6. threadFactory：規(guī)定創(chuàng)建線程的標(biāo)準(zhǔn)
7. RejectedExecutionHandler：拒絕策略，如果阻塞隊(duì)列已滿，再傳進(jìn)來任務(wù)該怎么辦

【1】AbortPolicy()：超過負(fù)荷，直接拋出異常（默認(rèn)的拒絕策略，使用其他不帶拒絕策略的構(gòu)造方法時(shí)的默認(rèn)參數(shù)）

【2】CallerRunsPolicy()：調(diào)用者負(fù)責(zé)處理

【3】DiscardOldestPolicy()：丟棄隊(duì)列中最老的任務(wù)

【4】DiscardPolicy()：丟棄新來的任務(wù)

創(chuàng)建線程池如下：

        //使用ThreadPoolExecutor創(chuàng)建線程池
        ThreadPoolExecutor threadPool1=new ThreadPoolExecutor(
                5,
                10,
                3,
                //自由線程無任務(wù)時(shí)最大存活時(shí)間單位：分
                TimeUnit.MINUTES,
                //一般不使用無邊界的阻塞隊(duì)列，內(nèi)存有限
                new ArrayBlockingQueue<>(100),
                //規(guī)定創(chuàng)建線程的標(biāo)準(zhǔn)
                Executors.defaultThreadFactory(),
                //拒絕策略：一般最多使用CallerRunsPolicy(),或自己實(shí)現(xiàn)
                new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
        );

（2）Executors（快捷創(chuàng)建線程池的API）

Executors創(chuàng)建線程的幾種方式：

• newFixedThreadPool：創(chuàng)建固定線程數(shù)的線程池（沒有臨時(shí)線程）
• newCachedThreadPool：創(chuàng)建線程數(shù)目動(dòng)態(tài)增長的線程池（緩存的線程池，沒有核心線程，全是臨時(shí)線程）
• newSingleThreadExecutor：創(chuàng)建只包含單個(gè)線程的線程池
• newScheduledThreadPool：設(shè)定延遲時(shí)間后執(zhí)行任務(wù)，或者定期執(zhí)行命令（計(jì)劃線程池）

創(chuàng)建線程池如下：

        //Executors的四種創(chuàng)建線程的方法
        //沒有臨時(shí)線程的線程池
        ExecutorService threadPool2= Executors.newFixedThreadPool(10);
        //線程數(shù)目動(dòng)態(tài)增長的線程池
        ExecutorService threadPool3=Executors.newCachedThreadPool();
        //創(chuàng)建單個(gè)線程的線程池
        ExecutorService threadPool4=Executors.newSingleThreadExecutor();
        //計(jì)劃線程池
        ExecutorService threadPool5=Executors.newScheduledThreadPool(7);

2、線程池的工作流程

線程池工作流程

使用線程池：

創(chuàng)建線程池

提交任務(wù)：

【1】submit(Runnable task)

【2】execute(Runnable task)

到此這篇關(guān)于Java多線程常見案例分析線程池與單例模式及阻塞隊(duì)列的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java線程池內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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