【并发编程】同步模式之保护性暂停

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同步模式之保护性暂停

这个模式用到的基础就是wait-notify

详情可以看这篇文章=》:【并发编程】wait/notify

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(见 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

实现

class GuardedObject {
        private Object response;
        private final Object lock = new Object();
        public Object get() {
            synchronized (lock) {
                // 条件不满足则等待
                while (response == null) {
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                return response;
            }
        }
        
        public void complete(Object response) {
            synchronized (lock) {
                // 条件满足，通知等待线程
                this.response = response;
                lock.notifyAll();
            }
        }
}

应用

普通版GuardedObject

一个线程等待另一个线程

 public static void main(String[] args) {
            GuardedObject guardedObject = new GuardedObject();
            new Thread(() -> {
                try {
                    // 子线程执行下载
                    List response = download();
                    log.debug("download complete...");
                    guardedObject.complete(response);
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
            
            log.debug("waiting...");
            // 主线程阻塞等待
            Object response = guardedObject.get();
            log.debug("get response: [{}] lines", ((List) response).size());
        }

执行结果

带超时版 GuardedObject

如果想要控制时间，就需要计算时间了

因为每次被虚假唤醒都会重新进入阻塞状态。这时候肯定不能以最初的时间长度来设置了，要减去之前沉睡的时间。

class GuardedObjectV2 {
    private Object response;
    private final Object lock = new Object();
    public Object get(long millis) {
        synchronized (lock) {
            // 1) 记录最初时间
            long begin = System.currentTimeMillis();
            // 2) 已经经历的时间
            long timePassed = 0;
            while (response == null) {
            // 4) 假设 millis 是 1000，结果在 400 时唤醒了，那么还有 600 要等
                long waitTime = millis - timePassed;
                log.debug("waitTime: {}", waitTime);
                if (waitTime <= 0) {
                    log.debug("break...");
                    break;
                }
                try {
                    lock.wait(waitTime);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 3) 如果提前被唤醒，这时已经经历的时间假设为 400
                timePassed = System.currentTimeMillis() - begin;
                log.debug("timePassed: {}, object is null {}",
                        timePassed, response == null);
            }
            return response;
        }
    }
    public void complete(Object response) {
        synchronized (lock) {
            // 条件满足，通知等待线程
            this.response = response;
            log.debug("notify...");
            lock.notifyAll();
        }
    }
}

测试，没有超时情况

public static void main(String[] args) {
    GuardedObjectV2 v2 = new GuardedObjectV2();
    new Thread(() -> {
        sleep(1);
        v2.complete(null);
        sleep(1);
        v2.complete(Arrays.asList("a", "b", "c"));
    }).start();
    Object response = v2.get(2500);
    if (response != null) {
        log.debug("get response: [{}] lines", ((List) response).size());
    } else {
        log.debug("can't get response");
    }
}

输出

测试，超时情况

// 等待时间不足List lines = v2.get(1500);

// 等待时间不足，修改时间1500
List lines = v2.get(1500);

输出

 多任务的GradedObject

图中 Futures 就好比居民楼一层的信箱（每个信箱有房间编号），

左侧的 t0，t2，t4 就好比等待邮件的居民，

右侧的 t1，t3，t5 就好比邮递员如果需要在多个类之间使用 GuardedObject 对象，

作为参数传递不是很方便，因此设计一个用来解耦的中间类，这样不仅能够解耦【结果等待者】和【结果生产者】，还能够同时支持多个任务的管理

新增id用来标识Guarded Object

class GuardedObject {
    // 标识 Guarded Object
    private int id;
    public GuardedObject(int id) {
        this.id = id;
    }
    public int getId() {
        return id;
    }
    // 结果
    private Object response;
    // 获取结果
    // timeout 表示要等待多久 2000
    public Object get(long timeout) {
        synchronized (this) {
            // 开始时间 15:00:00
            long begin = System.currentTimeMillis();
            // 经历的时间
            long passedTime = 0;
            while (response == null) {
                // 这一轮循环应该等待的时间
                long waitTime = timeout - passedTime;
                // 经历的时间超过了最大等待时间时，退出循环
                if (timeout - passedTime <= 0) {
                    break;
                }
                try {
                    this.wait(waitTime); // 虚假唤醒 15:00:01
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 求得经历时间
                passedTime = System.currentTimeMillis() - begin; // 15:00:02 1s
            }
            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();
        }
    }
}                    

中间解耦类

class Mailboxes {
    private static Map 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);
    }
    public static GuardedObject createGuardedObject() {
        GuardedObject go = new GuardedObject(generateId());
        boxes.put(go.getId(), go);
        return go;
    }
    public static Set getIds() {
        return boxes.keySet();
    }
}

业务相关类

class People extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        // 收信
        GuardedObject guardedObject = Mailboxes.createGuardedObject();
        log.debug("开始收信 id:{}", guardedObject.getId());
        Object mail = guardedObject.get(5000);
        log.debug("收到信 id:{}, 内容:{}", guardedObject.getId(), mail);
    }
}

class Postman extends Thread {
    private int id;
    private String mail;
    public Postman(int id, String mail) {
        this.id = id;
        this.mail = mail;
    }
    @Override
    public void run() {
        GuardedObject guardedObject = Mailboxes.getGuardedObject(id);
        log.debug("送信 id:{}, 内容:{}", id, mail);
        guardedObject.complete(mail);
    }
}

测试

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
        new People().start();
       }
        Sleeper.sleep(1);
        for (Integer id : Mailboxes.getIds()) {
        new Postman(id, "内容" + id).start();
       }
     }

3个people开始收信,get()中有wait方法阻塞三个人进入waitSet，然后主线程睡了1秒。

然后通过邮箱拿到所有信封，外派三个postman送信。

之后3个postman开始送信，送到后notifyAll（），但是只能叫醒自己锁对象里阻塞的people。注意这里面有三个GraudObject 所以有三把锁，效率也比较高

送完信后结束

某次运行结果