【Java设计模式】Balking模式:智能控制Java执行

文章目录

  • 【Java设计模式】Balking模式:智能控制Java执行
    • 一、概述
    • 二、Balking设计模式的意图
    • 三、Balking模式的详细解释及实际示例
    • 四、Java中Balking模式的编程示例
    • 五、Java中何时使用Balking模式
    • 六、Java中Balking模式的实际应用
    • 七、Balking模式的优点和权衡
    • 八、源码下载

【Java设计模式】Balking模式:智能控制Java执行

一、概述

在Java开发中,Balking模式是一种重要的并发设计模式,它可以防止对象在不适当的状态下执行某些代码。本文将详细介绍Balking模式的意图、解释、编程示例以及适用场景。同时,还将提供示例代码的下载链接,方便读者进行学习和实践。

二、Balking设计模式的意图

Java中的Balking模式是一种并发设计模式,用于防止对象在不完整或不适当的状态下执行某些代码。该模式对于管理多线程Java应用程序中的状态和并发至关重要。

三、Balking模式的详细解释及实际示例

  1. 实际示例
    • Balking设计模式的一个现实世界类比可以在洗衣服务中看到。想象一下自助洗衣店中的洗衣机,只有在门正确关闭并锁定时才会开始洗衣服。如果用户试图在门打开时启动机器,机器会拒绝并什么也不做。这确保了洗涤过程仅在安全的情况下开始,防止水溢出和对机器的潜在损坏。类似地,软件设计中的Balking模式确保操作仅在对象处于适当状态时执行,防止错误操作并维护系统稳定性。
  2. 通俗解释
    • 使用Balking模式,只有当对象处于特定状态时,某些代码才会执行。
  3. 维基百科解释
    • Balking模式是一种软件设计模式,只有当对象处于特定状态时,才会对对象执行某个操作。例如,如果一个对象读取ZIP文件,并且调用方法在ZIP文件未打开时对该对象调用get方法,该对象将“拒绝”该请求。

四、Java中Balking模式的编程示例

这个示例展示了在多线程Java应用程序中的Balking模式,突出了状态管理和并发控制。Balking模式通过洗衣机的启动按钮来体现,只有当机器处于空闲状态时,按钮才会启动洗涤。这确保了状态管理并防止并发问题。

洗衣机中有一个启动按钮来启动洗衣洗涤。当洗衣机处于非活动状态时,按钮按预期工作,但如果它已经在洗涤,按钮将不会执行任何操作。

在这个示例实现中,WashingMachine是一个可以处于两种状态的对象:ENABLED和WASHING。如果机器处于ENABLED状态,则使用线程安全的方法将状态更改为WASHING。另一方面,如果它已经在洗涤,并且任何其他线程执行wash,它将不会执行并返回而不做任何事情。

以下是WashingMachine类的相关部分。

@Slf4j
public class WashingMachine {
    private final DelayProvider delayProvider;
    private WashingMachineState washingMachineState;
    public WashingMachine(DelayProvider delayProvider) {
        this.delayProvider = delayProvider;
        this.washingMachineState = WashingMachineState.ENABLED;
    }
    public WashingMachineState getWashingMachineState() {
        return washingMachineState;
    }
    public void wash() {
        synchronized (this) {
            var machineState = getWashingMachineState();
            LOGGER.info("{}: Actual machine state: {}", Thread.currentThread().getName(), machineState);
            if (this.washingMachineState == WashingMachineState.WASHING) {
                LOGGER.error("Cannot wash if the machine has been already washing!");
                return;
            }
            this.washingMachineState = WashingMachineState.WASHING;
        }
        LOGGER.info("{}: Doing the washing", Thread.currentThread().getName());
        this.delayProvider.executeAfterDelay(50, TimeUnit.MILLISECONDS, this::endOfWashing);
    }
    public synchronized void endOfWashing() {
        washingMachineState = WashingMachineState.ENABLED;
        LOGGER.info("{}: Washing completed.", Thread.currentThread().getId());
    }
}

这里是WashingMachine使用的简单DelayProvider接口。

public interface DelayProvider {
    void executeAfterDelay(long interval, TimeUnit timeUnit, Runnable task);
}

现在,我们介绍使用WashingMachine的应用程序。

public static void main(String... args) {
    final var washingMachine = new WashingMachine();
    var executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        executorService.execute(washingMachine::wash);
    }
    executorService.shutdown();
    try {
        if (!executorService.awaitTermination(10, TimeUnit.SECONDS)) {
            executorService.shutdownNow();
        }
    } catch (InterruptedException ie) {
        LOGGER.error("ERROR: Waiting on executor service shutdown!");
        Thread.currentThread().interrupt();
    }
}

以下是程序的控制台输出。

14:02:52.268 [pool-1-thread-2] INFO com.iluwatar.balking.WashingMachine - pool-1-thread-2: Actual machine state: ENABLED
14:02:52.272 [pool-1-thread-2] INFO com.iluwatar.balking.WashingMachine - pool-1-thread-2: Doing the washing
14:02:52.272 [pool-1-thread-3] INFO com.iluwatar.balking.WashingMachine - pool-1-thread-3: Actual machine state: WASHING
14:02:52.273 [pool-1-thread-3] ERROR com.iluwatar.balking.WashingMachine - Cannot wash if the machine has been already washing!
14:02:52.273 [pool-1-thread-1] INFO com.iluwatar.balking.WashingMachine - pool-1-thread-1: Actual machine state: WASHING
14:02:52.273 [pool-1-thread-1] ERROR com.iluwatar.balking.WashingMachine - Cannot wash if the machine has been already washing!
14:02:52.324 [pool-1-thread-2] INFO com.iluwatar.balking.WashingMachine - 14: Washing completed.

五、Java中何时使用Balking模式

在以下情况下使用Balking模式:

  1. 当您只想在对象处于特定状态时调用对象上的某个操作。
  2. 对象通常只是暂时处于容易拒绝的状态,但时间未知。
  3. 在多线程应用程序中,某些操作只有在满足特定条件时才应继续执行,并且这些条件由于外部因素或并发操作而预计会随时间变化。

六、Java中Balking模式的实际应用

  1. 资源池,其中只有在资源处于有效分配状态时才进行分配。
  2. 线程管理,其中线程只有在满足某些条件(如任务可用性或资源锁)时才继续执行任务。

七、Balking模式的优点和权衡

  1. 优点
    • 在操作无法继续的情况下减少不必要的锁获取,提高并发应用程序的性能。
    • 鼓励清晰地分离状态管理和行为,导致更清晰的代码。
    • 简化了仅在某些条件下执行的操作的处理,而无需在调用者代码中充斥状态检查。
  2. 权衡
    • 可能会通过模糊执行或忽略操作的条件来引入复杂性,从而使系统更难调试和理解。
    • 如果状态更改未得到正确监视或拒绝条件过于严格,可能会导致错过机会或操作。

八、源码下载

Balking模式示例代码下载

通过本文的介绍,相信大家对Java中的Balking模式有了更深入的了解。在实际开发中,合理运用该模式可以提高系统的稳定性和性能,但需要注意避免过度使用导致的复杂性增加。

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