[ Java設計模式 ] 多線程設計模式 : Guarded Suspension Pattern (要等到我準備好喔)

前言 : 

在家裡正當換衣服的時候, 忽然客廳門鈴響了, 原來是郵差送信來, 但衣服換到一半不能開門, 所以就先說出 "請等我一下", 請郵差在外面等候. 等換完衣服在把門打開.本章要學習的是Guarded Suspension Pattern. guarded 是 "被保護著" 或 "被防衛著" 的意思. suspension 則是 "暫停" 的意思. 當現在不適合馬上執行某個操作時, 就想要要求該線程等待, 這就是 Guarded Suspension Pattern. Guarded Suspension Pattern 會要求線程等候, 以保障實例的正常工作. 這個Pattern 還有 guarded wait, spin lock 等別稱.

示意圖 :

Pattern參與者 : 
* GuardedObject (被守護的對象) : 

GuardedObject 是一個擁有被防衛的方法的類. 當線程執行 guardedMethod時, 只要滿足警戒條件便會馬上執行. 但若警戒條件不成立, 就要開始等候. 警戒條件的成立與否會隨 GuardedObject 的狀態進行變化. 在Java 語言中, 是使用 while 語句與 wait 方法來實現 guardedMethod 的. 而使用 notify/notifyAll 方法來實現 stateChangingMethod. 在後面的範例會有示範.

使用範例 : 
* Request 類 : 
Request 類是用來表示請求. 雖然說是請求, 但這裡不過是用來作為ClientThread 傳遞給 ServerThread 的實例, 所以沒有特殊處理. Request 只是一個存放名稱 (name 字段) 的類而已. 
代碼 : 

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1. package dp.thread.ch3;  
2.   
3. public class Request {  
4.     private final String name;  
5.       
6.     public Request(String n){  
7.         this.name = n;  
8.     }  
9.   
10.     public String getName() {  
11.         return name;  
12.     }  
13.       
14.     public String toString(){  
15.         return "[ Request "+name+" ]";  
16.     }  
17. }  

* RequestQueue 類 : 
RequestQueue 類是用來依次存放請求的類. 這個類擁有 getRequest 與 putRequest 兩個方法 : 
> getRequest 方法 

這個方法會從RequestQueue 裡存放的請求中, 將最早傳入的請求做為返回值 (類似Queue或是FIFO). 如果沒有任何一個請求, 就等待其它線程 putRequest.

> putRequest 方法 

使用 putRequest 方法可以增加一個請求, 當線程想要在 RequestQueue 放入一個 Request 實例, 就會調用這個方法.

這裡要注意的地方有 : 

@. getRequest, putRequest 都是 synchronized 方法;
@. getRequest 有 while 語句來判斷防衛條件使否滿足;
@. 在 while 塊中 會使用 wait 來暫停線程.
@. 在 while 語句後, 才會調用目的操作;
@. 在putRequest 裡, 要調用notifyAll 或 notify.

代碼 : 

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1. package dp.thread.ch3;  
2.   
3. import java.util.*;  
4.   
5. public class RequestQueue {  
6.     private final LinkedList queue = new LinkedList();  
7.       
8.     public synchronized Request getRequest(){  
9.         while(queue.size() <= 0){  
10.             try{  
11.                 wait();  
12.             }catch(InterruptedException e){  
13.                 e.printStackTrace();  
14.             }             
15.         }  
16.         return (Request)queue.removeFirst();  
17.     }  
18.       
19.     public synchronized void putRequest(Request r){  
20.         queue.addLast(r);  
21.         notifyAll();  
22.     }     
23. }  

* ClientThread 類 : 
ClientThread 類是用來模擬送出請求的線程. ClientThread 擁有 RequestQueue 的物件, 會不斷調用 putRequest. 
代碼 : 

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1. package dp.thread.ch3;  
2.   
3. import java.util.Random;  
4.   
5. public class ClientThread extends Thread{  
6.     private Random random;  
7.     private RequestQueue requestQueue;  
8.     private int taskCount = 10000;  
9.       
10.     public ClientThread(RequestQueue rq, String name, long seed,int tc){  
11.         super(name);  
12.         this.requestQueue = rq;  
13.         this.random = new Random(seed);  
14.         if(tc>0){  
15.             taskCount = tc;  
16.         }  
17.     }  
18.       
19.     public void run(){  
20.         for(int i=0;i
21.             Request request = new Request("No."+i);  
22.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" requests "+request);  
23.             requestQueue.putRequest(request);  
24.             try{  
25.                 Thread.sleep(random.nextInt(1000));  
26.             }catch(InterruptedException e){  
27.                 e.printStackTrace();  
28.             }  
29.         }  
30.     }  
31. }  

* ServerThread 類 : 
ServerThread 類是用來接受請求的線程, 這個類也擁有 RequestQueue 的物件 (通常與 ClientThread 會是同一個) . ServerThread 會調用 getRequest 方法獲取請求. 
代碼 : 

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1. package dp.thread.ch3;  
2.   
3. import java.util.Random;  
4.   
5. public class ServerThread extends Thread{  
6.     private Random random;  
7.     private RequestQueue requestQueue;  
8.     private int taskCount = 10000;  
9.       
10.     public ServerThread(RequestQueue rq, String name, long seed,int tc){  
11.         super(name);  
12.         this.requestQueue = rq;  
13.         this.random = new Random(seed);  
14.         if(tc>0){  
15.             taskCount = tc;  
16.         }  
17.     }  
18.       
19.     public void run(){  
20.         for(int i=0;i < taskCount;i++){  
21.             Request request = requestQueue.getRequest();  
22.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" handles "+request);  
23.             try{  
24.                 Thread.sleep(random.nextInt(1000));  
25.             }catch(InterruptedException e){  
26.                 e.printStackTrace();  
27.             }  
28.         }  
29.     }  
30. }  

* Main 類 : 
在 Main 類中, 首先會先建立 RequestQueue 的實例, 並建立名為 Peter 的 ClientThread 與 名為 Mary 的 ServerThread, 並啟動它們. 
代碼 : 

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1. package dp.thread.ch3;  
2.   
3. public class Main {  
4.   
5.     public static void main(String[] args) {  
6.         int taskCount = 50;  
7.         RequestQueue requestQueue = new RequestQueue();       
8.         new ClientThread(requestQueue,"Peter",31252L,taskCount).start();  
9.         new ServerThread(requestQueue,"Mary",245191L,taskCount).start();  
10.     }  
11.   
12. }  

執行結果 : 

Peter requests [ Request No.0 ]
Mary handles [ Request No.0 ]
Peter requests [ Request No.1 ]
Mary handles [ Request No.1 ]
Peter requests [ Request No.2 ]
Mary handles [ Request No.2 ]
Peter requests [ Request No.3 ]
Mary handles [ Request No.3 ]
Peter requests [ Request No.4 ]
Mary handles [ Request No.4 ]
Peter requests [ Request No.5 ]
...(以下省略)...