Java并发(二十三)—-同步模式之保护性暂停

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

• 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

2、实现

class GuardedObject {
​
  // 结果
  private Object response;
  private final Object lock = new Object();
​
  // 获取结果
  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;
     }
   }
​
  // 产生结果
  public void complete(Object response) {
    synchronized (lock) {
      // 条件满足，通知等待线程
      this.response = response;
      lock.notifyAll();
     }
   }
}

3、应用

一个线程等待另一个线程的执行结果

public static void main(String[] args) {
  GuardedObject guardedObject = new GuardedObject();
  new Thread(() -> {
    try {
      // 子线程执行下载
      List response = download(); // 模拟下载操作
      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

08:42:18.568 [main] c.TestGuardedObject - waiting...
08:42:23.312 [Thread-0] c.TestGuardedObject - download complete...
08:42:23.312 [main] c.TestGuardedObject - get response: [3] lines

4、带超时版 GuardedObject

如果要控制超时时间呢

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 

测试，没有超时

public static void main(String[] args) {
  GuardedObjectV2 v2 = new GuardedObjectV2();
  new Thread(() -> {
    sleep(1); // 睡眠1秒
    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

08:49:39.917 [main] c.GuardedObjectV2 - waitTime: 2500
08:49:40.917 [Thread-0] c.GuardedObjectV2 - notify...
08:49:40.917 [main] c.GuardedObjectV2 - timePassed: 1003, object is null true
08:49:40.917 [main] c.GuardedObjectV2 - waitTime: 1497
08:49:41.918 [Thread-0] c.GuardedObjectV2 - notif服务器托管网y...
08:49:41.918 [main] c.GuardedObjectV2 - timePassed: 2004, object is null false
08:49:41.918 [main] c.TestGuardedObjectV2 - get response: [3] lines

测试，超时

// 等待时间不足
List lines = v2.get(1500);

输出

08:47:54.963 [main] c.GuardedObjectV2 - waitTime: 1500
08:47:55.963 [Thread-0] c.GuardedObjectV2 - notify...
08:47:55.963 [main] c.GuardedObjectV2 - timePassed: 1002, object is null true
08:47:55.963 [main] c.GuardedObjectV2 - waitTime: 498
08:47:56.461 [main] c.GuardedObjectV2 - timePassed: 1500, object is null true
08:47:56.461 [main] c.GuardedObjectV2 - waitTime: 0
08:47:56.461 [main] c.GuardedObjectV2 - break...
08:47:56.461 [main] c.TestGuardedObjectV2 - can't get response
08:47:56.963 [Thread-0] c.GuardedObjectV2 - notify...

5、多任务版 GuardedObject

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 

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); // 注意这里的remove，防止堆溢出
   }
​
  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 

某次运行结果

10:35:05.689 c.People [Thread-1] - 开始收信 id:3
10:35:05.689 c.People [Thread-2] - 开始收信 id:1
10:35:05.689 c.People [Thread-0] - 开始收信 id:2
10:35:06.688 c.Postman [Thread-4] - 送信 id:2, 内容:内容2
10:35:06.688 c.Postman [Thread-5] - 送信 id:1, 服务器托管网内容:内容1
10:35:06.688 c.People [Thread-0] - 收到信 id:2, 内容:内容2
10:35:06.688 c.People [Thread-2] - 收到信 id:1, 内容:内容1
10:35:06.688 c.Postman [Thread-3] - 送信 id:3, 内容:内容3
10:35:06.689 c.People [Thread-1] - 收到信 id:3, 内容:内容3

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