多线程设计模式(Future模式和Master-Worker模式)

分手后的思念是犯贱 2022-05-21 13:11 198阅读 0赞

# 一、多线程的设计模式 #

## 多线程的设计模式 ##

并行设计模式属于设计优化的一部分，它是对一些常用的多线程结构的总结和抽象。与串行程序相比，并行程序的结构通常更为复杂。因此合理的使用并行模式在多线程开发中更具有意义，在这里主要介绍Future、Master-Worker和生产者\-消费者模式。

### Future模式 ###

对于多线程，如果线程A要等待线程B的结果，那么线程A没必要等待B，直到B有结果，可以先拿到一个未来的Future，等B有结果是再取真实的结果。Future模式有点类似于商品订单。比如在网购时，当看中某一件商品时就可以提交订单，当订单处理完成后，在家里等待商品送货上门即可。或者说更形象的我们发送Ajax请求时，页面是异步进行后台处理，用户无需一直等待请求结果，可以继续浏览或操作其他内容。

主函数

public class Main {
    
        public static void main(String[] args) {
            FutureClient fc = new FutureClient();
            Data data = fc.request("请求参数");
            System.out.println("请求发送成功！");
            System.out.println("做其他的事情...");
    
            String result = data.getRequest();
            System.out.println(result);
        }
    }

Data.java

public interface Data {
    
        String getRequest();
    }

FutureData.java

public class FutureData implements Data{ 
    
        private RealData realData;
        private boolean isReady = false;
    
        public synchronized void setRealData(RealData realData){
            //如果已经加载完毕就直接返回
            if(isReady){
                return;
            }
            //如果没有装载，进行装载真实对象
            this.realData= realData;
            isReady = true;
            //进行通知
            notify();
        }
    
        @Override
        public synchronized String getRequest() {
            //如果没有装载好，程序就一直处于阻塞状态
            while(!isReady){
                try {
                    wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            //装载好直接获取数据即可
            return this.realData.getRequest();
        }
    
    }

RealData.java

public class RealData implements Data{ 
    
        private String result;
    
        public RealData(String queryStr){
            System.out.println("根据"+queryStr+"进行查询，这是一个很耗时的操作..");
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("操作完毕，获取结果");
            result="查询结果";
        }
    
        @Override
        public String getRequest() {
            return result;
        }
    
    }

FutureClient.java

public class FutureClient { 
    
        public Data request(final String queryStr){
            //1 我想要一个代理对象（Data接口的实现类）先返回发送请求的客户端，告诉他请求已经接收到，可以做其他事情
            final FutureData futureData = new FutureData();
            //2 启动一个新的线程，去加载真实的数据，传递给这个代理对象
            new Thread(new Runnable(){
                @Override
                public void run() {
                    //3 这个新的线程可以去慢慢加载真实对象，然后传递给代理对象
                    RealData realData = new RealData(queryStr);
                    futureData.setRealData(realData);
                }
            }).start();
            //直接返回一个假的包装类futureData
            return futureData;
        }
    }

### Master-Worker模式 ###

Master-Worker模式是常用的并行模式。它的核心思想是系统由两类进程协作工作：Master进程和Worker进程。Master负责接收和分配任务，Worker负责处理子任务。当各个Worker子进程处理完成后，会将结果返回给Master，由Master做归纳和总结。其好处是能将一个大任务分解成若干个小任务，并行执行，从而提高系统的吞吐量。   
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Task.java

public class Task {
    
        private int id;
        private String name;
        private int price;
        public int getId() {
            return id;
        }
        public void setId(int id) {
            this.id = id;
        }
        public String getName() {
            return name;
        }
        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
        public int getPrice() {
            return price;
        }
        public void setPrice(int price) {
            this.price = price;
        }
    }

Worker.java

public class Worker implements Runnable{ 
    
        private ConcurrentLinkedQueue<Task> workQueue;
        private ConcurrentHashMap<String,Object> resultMap;
    
        @Override
        public void run() {
            while(true){
                Task input = this.workQueue.poll();
                if(input==null)break;
                //真正的去做业务处理
                Object output = MyWorker.handle(input);
                this.resultMap.put(Integer.toString(input.getId()), output);
            }
        }
    
        public static Object handle(Task input){
            return null;
        }
    
        public void setWorkerQueue(ConcurrentLinkedQueue<Task> workQueue) {
            this.workQueue=workQueue;
        }
    
        public void setResultMap(ConcurrentHashMap<String, Object> resultMap) {
            this.resultMap=resultMap;
    
        }
    }

MyWorker.java继承Worker.java，重写handle方法

public class MyWorker extends Worker{ 
    
        public static Object handle(Task input) {
            Object output = null;
            try {
                //处理task的耗时，可能是数据的加工，也可能是操作数据库
                Thread.sleep(500);
                output = input.getPrice();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return output;
        }
    
    }

Master.java

public class Master {
    
        //1 应该有一个承装任务的集合
        private ConcurrentLinkedQueue<Task> workQueue = new  ConcurrentLinkedQueue<Task>();
        //2 使用普通的HashMap去承装所有的worker对象
        private HashMap<String,Thread> workers = new HashMap<String,Thread>();
        //3 使用一个容器承装每一个worker并发执行的结果集
        private ConcurrentHashMap<String,Object> resultMap = new ConcurrentHashMap<String,Object>();
        //4 构造方法
        public Master(Worker worker,int workerCount){
            //每一个worker对象都需要有master的应用workQueue用于任务的领取，resultMap用于任务的提交
            worker.setWorkerQueue(this.workQueue);
            worker.setResultMap(this.resultMap);
    
            for(int i=0;i<workerCount;i++){
                //key表示每一个worker的名字,value表示线程执行对象
                workers.put("子节点"+Integer.toString(i), new Thread(worker));
            }
        }
    
        //5 提交方法
        public void submit(Task task){
            this.workQueue.add(task);
        }
    
        //6 需要有一个执行的方法(启动应用程序让所有的worker工作)
        public void execute(){
            for(Map.Entry<String,Thread> me:workers.entrySet()){
                me.getValue().start();
            }
        }
    
        //8 判断线程是否执行完毕
        public boolean isComplete() {
            for(Map.Entry<String, Thread> me:workers.entrySet()){
                if(me.getValue().getState()!=Thread.State.TERMINATED){
                    return false;
                }
            }
            return true;
        }
    
        //9 返回结果集数据
        public int getResult() {
            int ret = 0;
            for(Map.Entry<String,Object> me:resultMap.entrySet()){
                //汇总逻辑
                ret+=(Integer)me.getValue();
            }
            return ret;
        }
    
    
    }

Main.java

public class Main {
    
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println("我的机器可用processor的数量："+Runtime.getRuntime().availableProcessors());
            Master master = new Master(new MyWorker(),10);
    
            Random r = new Random();
            for(int i=0;i<100;i++){
                Task task = new Task();
                task.setId(i);
                task.setName("任务"+i);
                task.setPrice(r.nextInt(1000));
                master.submit(task);
            }
            master.execute();
    
            long start = System.currentTimeMillis();
            while(true){
                if(master.isComplete()){
                    long end = System.currentTimeMillis() -start;
                    int ret = master.getResult();
                    System.out.println("最终结果："+ret+",执行耗时："+end+"毫秒");
                    break;
                }
            }
        }
    
    }

[i9Gay43.png]: http://i.imgur.com/i9Gay43.png