【Java多线程】关于多线程的一些案例 —— 单例模式中的饿汉模式和懒汉模式以及阻塞队列

1、单例模式

1.1、饿汉模式

2.1、懒汉模式

2、阻塞队列

2.1、BlockingQueue 阻塞队列数据结构

1、单例模式

对框架和设计模式的简单理解就是，这两者都是“大佬”设计出来的，让即使是一个代码写的不太好的“菜鸡程序员”也能写出还可以的代码。设计模式也可以认为是对编程语言语法的补充。此处提到的“单例模式”就是一种设计模式。

框架（硬性的规定）

设计模式（软性的规定）遵循设计模式，代码的下限就被兜住了，类似下棋时的“棋谱”。

单例，顾名思义，单个实例（对象）。某个类，在一个进程中，只应该创建出一个实例（原则上不应该有多个）。使用单例模式，就可以对代码进行一个更严格的校验和检查。

1.1、饿汉模式

饿汉模式的“创建时机”非常早，实例在类加载的时候就被创建了，相当于程序一启动实例就创建了。因此使用“饿汉”来形容实例创建的迫切，非常早。【并且由于只涉及到读操作，天然的线程安全。】

package thread;// 期望这个类只能有唯一的实例 (一个进程中)
class Singleton {private static Singleton instance = new Singleton();//static修饰的类对象，只存在一个public static Singleton getInstance() {   //只提供一个方法获取静态（类属性）实例return instance;   //只涉及到读操作，天然的线程安全}private Singleton() {}   //使用private修饰构造方法，使得无法使用new创建实例
}public class ThreadDemo26 {public static void main(String[] args) {// Singleton s = new Singleton();   //无法newSingleton s = Singleton.getInstance();Singleton s2 = Singleton.getInstance();System.out.println(s == s2);   //true}
}

在代码中，使用static修饰了一个类对象，然后提供一个方法来获得这个对象，再使用 private 修饰构造方法，使得无法通过 new 创建实例。，由于该实例使用了 static 修饰，在类加载时就已经存在，所以就是懒汉模式。

2.1、懒汉模式

懒汉模式的实例创建时机相比于饿汉模式要更晚，直到第一次使用的时候，才会创建实例。相比“饿汉模式”，“懒汉模式”效率更高。

举个例子：

有一个编辑器想要打开一个10GB的文件，如果按照“饿汉”的方式，编辑器就会先把10GB的数据都加载到内存中，然后再进行统一展示；

如果按照“懒汉”的方式，编辑器就会只读取一小部分数据（比如只读10KB），把10KB先展示出来，随着用户进行翻页等操作，再继续读取后续的数据。

package thread;// 懒汉的方式实现单例模式.
class SingletonLazy {// 这个引用指向唯一实例. 这个引用先初始化为 null, 而不是立即创建实例private volatile static SingletonLazy instance = null;   //volatile禁止重排序private static Object locker = new Object();public static SingletonLazy getInstance() {  //将创建实例的操作放到了getInstance里if (instance == null) {   //【注意理解此处的两个if】synchronized (locker) {    //考虑线程安全，需要加锁if (instance == null) {   //【注意理解此处的两个if】instance = new SingletonLazy();}}}return instance;}private SingletonLazy() { }
}public class ThreadDemo27 {public static void main(String[] args) {SingletonLazy s1 = SingletonLazy.getInstance();SingletonLazy s2 = SingletonLazy.getInstance();System.out.println(s1 == s2);   //true}
}

如果 Instance 为 null, 就说明是首次调用, 首次调用就需要考虑线程安全问题, 就要加锁。

如果非 null, 就说明是后续的调用, 就不必加锁了。

讲解第10行和第12行的 if 语句：（双重校验锁）

这样相同且连续的 if 代码从来没写过，这是因为之前写的代码都是在单线程却无阻塞的情况，这种情况下连续两个相同的 if 是无意义的；

但是涉及到阻塞以及多线程的情况，这样的代码就非常的有意义了。看上去是两个一样的条件，实际上这两个条件的结果可能是相反的。

第一个 if 判定的是是否要加锁，如果不是首次调用时就跳过加锁环节，因为此时已经有对象了不需要再创建对象，直接返回即可。

第二个 if 判定的是是否要创建对象。

讲解第6行：（volatile 禁止代码重排序）

讲解第13行：（此处的new 操作又可拆成三个大的步骤，而这三个步骤可能会发生代码重排序。比如步骤1 2 3 =》 1 3 2 ，为了防止这种情况，使用了 volatile）

1、申请一段内存空间

2、在这个内存上调用构造方法，创建出这个实例

3、把这个内存地址赋值给 Instance 引用变量

2、阻塞队列

阻塞队列（BlockingQueue），顾名思义，就是一个队列。阻塞队列是基于普通队列做出的扩展。

基于阻塞队列实现的服务器程序叫消息队列（message queue，mq）

阻塞队列的特点有以下两点：

1、线程安全

2、具有阻塞特性

a）如果针对一个已经满了的队列进行入队列，此时入队列操作就会阻塞，一直阻塞到队列不满（其他线程出队列元素）之后。

b）如果针对一个已经空了的队列进行出队列，此时出队列操作就会阻塞，一直阻塞到队列不空（其他线程入队列元素）之后。

基于阻塞队列，就可以实现“生产者消费者模型”。

1、生产者消费者模式就是通过一个容器来解决生产者和消费者的强耦合问题。

2、削峰填谷，阻塞队列就相当于一个缓冲区，平衡了生产者和消费者的处理能力。【类似于现实中三峡大坝所承担的作用】

类似于擀饺子皮和包饺子的过程，擀饺子皮的线程就是生产者，包饺子的线程是消费者，饺子皮擀好之后放到桌子上，包饺子的线程在从桌子上拿饺子皮包饺子。这里的桌子就是起到了“阻塞队列”的效果，由于桌子的存在，擀饺子皮的线程擀的速度快时，可以把多的饺子皮放到桌子上先（而不需要直接递给包饺子的线程）。

2.1、BlockingQueue 阻塞队列数据结构

Java标准库中提供了现成的阻塞队列数据结构 BlockingQueue，另外还有 ArrayBlockingQueue，LinkedBlockingQueue，PriorityBlockingQueue

package thread;import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;public class ThreadDemo28 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(100);queue.put("aaa");String elem = queue.take();System.out.println("elem = " + elem);elem = queue.take();   //进入阻塞状态System.out.println("elem = " + elem);}
}

注意：此处的阻塞队列，入队出队操作不再是以前的 offer 和 poll 方法，而是使用带有阻塞功能的 put 和 take 方法。

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