目录

一、阻塞队列的模拟实现

🍑阻塞队列实现思路

🍑代码

🍑测试代码

二、定时器的模拟实现

三、线程池的模拟实现

🍑标准库中的线程池

🍑代码

🍑 线程池的优点

四、单例设计模式

饿汉模式与懒汉模式

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一、阻塞队列的模拟实现

阻塞队列实现思路

• 通过 "循环队列" 的方式来实现.
• 使用 synchronized 进行加锁控制.
• put 插入元素的时候, 判定如果队列满了, 就进行 wait. (注意, 要在循环中进行 wait. 被唤醒时不一定队列就不满了, 因为同时可能是唤醒了多个线程).
• take 取出元素的时候,
   

代码

// 阻塞队列——wait，线程安全——加锁
// 阻塞队列的模拟实现
public class MyBlockQueue {
    private int[] array = new int[100];
    private int head;
    private int tile;
    volatile private int size;// 防止内存可见性问题
    public MyBlockQueue() {
        array = new int[100];
    }
    // 入队列
    public void put(int value) throws InterruptedException {
       synchronized (this) {
           if (size == array.length) {
               this.wait();
           }
           array[tile] = value;
           tile++;
           if (tile == array.length) {
               tile = 0;
           }
           size++;
           // 但我们的插入结束后，队列就不空了，就应该唤醒我们的队列为空等待（take中的等待）
           this.notify(); // 即使没人在等待，多写一个也要等待
       }
    }
    // 出队列
    public Integer take() throws InterruptedException {
        int ret;
        synchronized (this) {
            if (size == 0) {
                this.wait(); // 在出队列的时候，如果队列为空，就等待
            }
            ret = array[head];
            head++;
            size--;
            if (head == array.length) {
                head = 0;
            }
            // 当我们出了一个队列后，队列就不满了，唤醒队列为满的等待（put中等待)
            this.notify();
        }
        return ret;
    }
}

测试代码

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingDeque;
// 生产者，消费者模型，用到了我们自己模拟实现的阻塞队列
public class BlockingQueue {
    public static void main(String[] args) {
        // BlockingQueue blockingQueue = new BlockingQueue();
        // java.util.concurrent.BlockingQueue queue = new LinkedBlockingQueue<>(); // 阻塞队列
        MyBlockQueue queue = new MyBlockQueue();
        Thread consumer = new Thread(() -> {
            while (true) {
                try {
                    int ret = queue.take();
                    System.out.println("消费元素" + ret);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }); // 消费者
        consumer.start();
 
        Thread producer = new Thread(() -> {
            int n = 0;
            while (true) {
                try {
                    queue.put(n);
                    System.out.println("生产元素" + n);
                    Thread.sleep(300);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                n++;
            }
        }); // 生产者
        producer.start();
    }
}

 

 

 

 

二、定时器的模拟实现

// 定时器的模拟实现
import java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue;
class MyTask implements Comparable{
    // 任务要干啥
    public Runnable command;
    // 任务在什么时候干，任务推迟的时间
    public long time;
 
    public MyTask(Runnable command, long after) {
        this.command = command;
        this.time = System.currentTimeMillis() + after; // 记录下任务执行的绝对时间
    }
    // 执行任务的run方法，直接在内部调用command的run方法
    public void run() {
        command.run();
    }
    public long getTime() {
        return time;
    }
 
    @Override
    public int compareTo(MyTask o) {
        return (int) (this.time - o.time);
    }
}
// 自己创建的定时器类
class MyTimer {
    //
    private Object object = new Object();
    // 使用优先级阻塞队列来保存要执行的若干个队列，按时间来确定优先级（这是标准库中的）
    public static PriorityBlockingQueue queue = new PriorityBlockingQueue<>();
    // command要执行的顺序是什么，after在什么时间执行该任务
    public void schedule(Runnable command, long after) {
        MyTask myTask = new MyTask(command, after);
        synchronized (object) {
            queue.put(myTask);
            object.notify();  // 唤醒当前线程
        }
    }
    public MyTimer() {
        // 在这里启动一个线程
        Thread t = new Thread(() -> {
            while (true) {
                // 循环过程中, 就不断的尝试从队列中获取到队首元素.
                // 判定队首元素当前的时间是否就绪. 如果就绪了就执行, 不就绪, 就不执行.
                synchronized (object) { // 因为线程调度是随机的，可能在任务塞回队列之后，wait之前。有其他的任务加入（也没有成过唤醒该线程）
                    while (queue.isEmpty()) {
                        try {
                            object.wait();  // 在等待过程中，通过唤醒，也可以执行其他任务
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    MyTask myTask = null;
                    try {
                        myTask = queue.take();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    // 时间到了
                    if (myTask.getTime() <= System.currentTimeMillis()) {
                        myTask.run();
                    }
                    // 时间还没到
                    else {
                        // 时间还没到, 塞回到队列中
                        queue.put(myTask);
                        try {   // 当wait陷入等待，thread线程暂时停止执行，但main主线程还可以插入新的任务，thread线程会提前唤醒
                            object.wait(myTask.getTime() - System.currentTimeMillis()); // 在等的时候，通过唤醒，其他代码也可以执行
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        });
        t.start();
    }
}
public class TimerTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyTimer myTimer = new MyTimer();
        myTimer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("3333");
            }
        }, 6000);
        myTimer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("2222");
            }
        }, 4000);
        myTimer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("1111");
            }
        }, 2000);
    }
}

 

三、线程池的模拟实现

标准库中的线程池

使用 Executors.newFixedThreadPool(10) 能创建出固定包含 10 个线程的线程池.
返回值类型为 ExecutorService
通过 ExecutorService.submit 可以注册一个任务到线程池中
 

 

代码

// 线程池的模拟实现
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
 
class MyThreadPool {
    // BlockingQueue 是一个接口. 真正实现的类是 LinkedBlockingQueue, java标准库中内置的阻塞队列
    private BlockingQueue queue = new LinkedBlockingQueue<>(); //这个队列就是 "任务队列" 把当前线程池要完成的任务都放到这个队列中.
    // 再由线程池内部的工作线程负责完成它们.
 
    // 核心方法, 往线程池里插入任务.
    public void submit(Runnable runnable) throws InterruptedException {
        queue.put(runnable);
    }
    // 设置线程池中最大的线程数
    // 构造方法中，就需要创建一些工作线程，让这些工作线程负责完成上述执行任务的工作
    public MyThreadPool(int n) {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(() -> {
                //Thread.currentThread()返回当前线程对象引用
                //.isInterrupted()测试是否当前线程已被中断 中断返回true，否则返回false
                //总的说，这句就是无限判断当前线程状态，如果没有中断，就一直执行while内容
                while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                    try {
                        Runnable runnable = queue.take();
                        runnable.run();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
 
                    }
                }
            });
            t.start();
        }
    }
}
public class ThreadPool {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThreadPool myThreadPool = new MyThreadPool(10); // 这里用的是我们自己模拟实现的线程池
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            myThreadPool.submit(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("这是一个任务！");
                }
            });
        }
    }
    public static void main1(String[] args) {
        // 借助静态方法来创建实例，像这样的方法叫做”工厂方法", 所对应的设计模式，就叫做“工厂模式"
        // 当前的线程池中最多有10个线程，线程池存在的目的就是未来让程序员不必创建新的线程，直接使用已有的线程完成想要进行的工作
        // 为什么要有工程模式，通常情况下，创建对象，是借助new，调用构造方法来实现的。但是C++/java里的构造方法，有着诸多限制，很多时候不方便使用
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
        // ThreadPoolExcutor线程池原始的类，其实也是有构造方法的。Executor里面的各自工厂方法，其实都是针对TreadPoolExecutor这个类进行了new并传入了不同风格的参数，来达到构造不同种类的线程池的目标
        threadPool.submit(new Runnable() { // 通过 ExecutorService.submit 可以注册一个任务到线程池中
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("这是一个任务！");
            }
        });
 
    }
}
 

 

 

 线程池的优点

1. 降低资源的消耗。线程本身是一种资源，创建和销毁线程会有CPU开销；创建的线程也会占用一定的内存。（而我们的线程池是把线程创建好了后，就放到池子了，需要用到线程，直接从池子里取就行，不用系统在进行创建。但线程不用了，直接还是放到池子了，不用系统来销毁。）从池子里取（用户态操作）比系统创建线程（内核态操作）来的快
2. 提高响应速度：当任务来时可以直接使用，不用等待线程创建
3. 可管理性： 进行统一的分配，监控，避免大量的线程间因互相抢占系统资源导致的阻塞现象。

 

四、单例设计模式

饿汉模式与懒汉模式

package Thread2;
// 单例设计模式
// 饿汉模式，程序启动立即创建实例，从始至终都是线程安全的
class Singleton {
    private static Singleton instance = new Singleton();
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
    // 构造方法设为私有，其他的类想来new就不行了
    public Singleton() {}
}
// 懒汉模式，程序有需要时候再创建实例，在一开始是不安全的，之后线程安全
class SingletonLazy {
    volatile private static SingletonLazy instance = null; // 避免 "内存可见性" 导致读取的 instance 出现偏差, 于是补充上 volatile
    public static SingletonLazy getInstance() {
        if (instance == null) { // 双重循环，减少锁竞争
            synchronized (SingletonLazy.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new SingletonLazy();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
public class demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton.getInstance();
        System.out.println(Singleton.getInstance());
    }
}