目錄

一.單例模式

1. 餓漢模式

2. 懶漢模式

?二.阻塞隊列

1. 阻塞隊列的概念

2. BlockingQueue接口

3.生產者-消費者模型

4.模擬生產者-消費者模型

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一.單例模式

單例模式（Singleton Pattern）是一種常用的軟件設計模式，其核心思想是確保一個類只有一個實例，并提供一個全局訪問點來獲取這個實例。

為什么要引入單例模式？

單例模式的核心就是一個類中只有一個實例，因為只用管理一個實例，那么就可以更好的對代碼進行一個校驗和檢查，方便高效管理，同時也避免了多個實例可能帶來的問題。

如果創建一個實例需要耗費100G的資源，那么創建出多個實例，代價太大。而且在多數情況下，一個實例完全夠用，所有沒有必要創建出多個實例，這樣就避免資源的重復創建和浪費

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在編譯器中，沒有提供類只能創建出多少個實例的方法，但是我們可以通過一些代碼邏輯去規定創建實例的要求，下面是常用的幾種單例模式。

1. 餓漢模式

核心特點是?在類加載時就立即創建單例實例，并通過靜態方法提供全局訪問。

class Singleton{private static Singleton singleton = new Singleton();public static Singleton getSingleton(){return singleton;}//核心操作private Singleton(){}}

1. 使用static關鍵字保證唯一實例（在類被加載的時候就會創建出這個唯一實例）
2. 構造方法被設為私有，導致構造方法無法被調用
3. 如果想要獲取這個實例只能使用靜態方法getSingleton調用

?由于在類被加載的時候，就會創建出實例，創建實例的時機很早（感覺非常的迫切，像一個餓漢），所有叫做餓漢模式

?注意：在多線程中，并發調用getSingleton靜態方法，由于只有讀操作，所以是線程安全

缺點: 如果實例未被使用，實例依然會被創建，可能造成資源浪費（假設實例的大小是100G）。

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2. 懶漢模式

其核心特點是?延遲實例的創建，只有在第一次使用時才初始化單例對象，以減少資源浪費。

public class LazySingleton {private static LazySingleton instance;private LazySingleton() {}// 非線程安全public static LazySingleton getInstance() {if (instance == null) {//這里會涉及指令重排序的問題instance = new LazySingleton();}return instance;}
}

在使用調用方法時，只有在第一次使用時才初始化實例，否則都是返回已經存在的實例

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注意：?在多線程中，并發調用getInstance方法，由于同時存在兩個線程修改一個變量操作，線程不安全

?發現出現new兩次情況，所以解決這個問題，我們要進行加鎖

class LazySingleton {private static LazySingleton instance;private LazySingleton() {}static Object A = new Object();// 非線程安全public static LazySingleton getInstance() {synchronized (A){if (instance == null) {//這里會涉及指令重排序的問題instance = new LazySingleton();}}return instance;}
}

?這里我們會發現，每次調用getInstance方法，都要進行加鎖和解鎖的步驟，這樣的步驟開銷很大

所以我們需要進行改進

    public static LazySingleton getInstance() {if(instance==null){synchronized (A){if (instance == null) {//這里會涉及指令重排序的問題instance = new LazySingleton();}}}return instance;}

• 第一次的? if? 語句判斷是否需要加鎖
• 第二次的? if? ?語句判斷是否為空

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?寫到這里我們的代碼還存在一個很嚴重的問題，由于指令重排序引起的線程安全問題

                    instance = new LazySingleton();

?在創建一個實例的時候，主要有3步驟：正確的步驟順序是1—>2—>3

1. 在內存中開辟一份空間，2.使用構造方法去創建實例，3. 將空間的地址賦值給引用變量

但是JVM可能會將步驟的執行順序發送改變1—>3—>2,從而引發線程安全問題

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具體原因：t2線程沒有進入因為鎖阻塞這步，t2線程會在t1線程執行完地址賦值后，剛好執行第一次的 if 判斷語句，發現引用變量不為空，會直接返回引用變量（但是引用變量的值是空的）?

其實解決也很簡單使用volatile關鍵字

class LazySingleton {private static  volatile LazySingleton instance;private LazySingleton() {}static Object A = new Object();// 非線程安全public static LazySingleton getInstance() {if(instance==null){synchronized (A){if (instance == null) {//這里會涉及指令重排序的問題instance = new LazySingleton();}}}return instance;}
}

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?二.阻塞隊列

1. 阻塞隊列的概念

阻塞隊列可以看成是普通隊列的一種擴展，遵循先進先出的原則，核心特性是當隊列操作無法立即執行時，線程會被自動阻塞直到條件滿足。

• 如果隊列是滿的，進行入隊列操作則會被阻塞，直到隊列不滿
• 如果隊列是空的，進行出隊列操作則會被阻塞，直到隊列不空

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2. BlockingQueue接口

在 Java?標準庫中內置了阻塞隊列. 如果我們需要在一些程序中使用阻塞隊列, 直接使用標準庫中的

• BlockingQueue接口屬于java.util.concurrent包。它是線程安全的隊列，支持阻塞操作。
• 常見的實現類有：ArrayBlockingQueue，LinkedBlockingQueue，PriorityBlockingQueue

方法	說明
put(E e)	隊列未滿時插入元素；若隊列已滿，則阻塞線程直到有空位。
take()	隊列非空時取出元素；若隊列為空，則阻塞線程直到有元素可用。
offer(E e)	隊列未滿時插入元素并返回?true；隊列已滿時直接返回?false（非阻塞）。
poll()	隊列非空時取出元素并返回；隊列為空時返回?null（非阻塞）。
offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)	隊列滿時等待指定超時時間，超時后返回?false。
poll(long timeout, TimeUnit unit)	隊列空時等待指定超時時間，超時后返回?null。
E peek()	返回隊列頭部元素但不移除；隊列空時返回?null。

其中只有put( )和take( )方法帶有阻塞的效果

3.生產者-消費者模型

生產者-消費者模型用于解決多線程環境下的線程同步問題，核心思想是通過?共享緩沖區（阻塞隊列）?解耦生產者和消費者，使兩者可以獨立并發工作

生產者和消費者彼此之間不直接進行聯系，而是通過緩沖區（阻塞隊列）進行聯系?

好處

（1）解耦合

1. 解耦生產者和消費者的直接依賴，生產者和消費者可獨立開發，提高開發效率，方便維護
2. ?生產者和消費者可并行執行，最大化利用 CPU、I/O 等資源
3. 即使生產者掛了，也不會影響消費者的正常工作（反之同理）

解耦合在分布式系統中很常見，比如服務器的整個功能并不是由一個服務器全部完成，而是由多個服務器完成，每個服務器完成一部分功能，最后通過服務器之間的網絡通信，實現整個功能?

（2）緩沖機制

1. 生產者突發大量請求時，隊列暫存數據，避免消費者過載崩潰。
2. 消費者處理慢時，隊列累積任務，避免生產者因等待而阻塞。
3. 可以將緩沖區作為“蓄水池”，協調速度差異

public class Demo_3 {public static void main(String[] args) {BlockingDeque<Integer> deque = new LinkedBlockingDeque<>(100);Thread t1 = new Thread(()->{while(true){try {Thread.sleep(300);Random random = new Random();int num = random.nextInt(101);System.out.println("生產數："+ num);deque.put(num);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"生產者");t1.start();Thread t2 = new Thread(()->{while(true){try {Thread.sleep(500);int num = deque.take();System.out.println("消費數:"+num);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"消費者");t2.start();}
}

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4.模擬生產者-消費者模型

核心：阻塞隊列的實現

將其看成一個循環隊列，其中兩個核心的方法：put（）和take（）

put（）：入隊列操作，如果隊列為滿則進入阻塞狀態，由take（）進行喚醒

take（）：出隊列操作，如果隊列為空則進入阻塞狀態，由put（）方法進行喚醒

在判斷是否需要進入阻塞狀態的時候，使用while語句，進行多次判斷，如果使用if語句相當于一錘定音，在阻塞的狀態下，可能會被notifyAll（）喚醒，但是這時候隊列中的空間并不足夠（虛假喚醒），也有可能會出現連續喚醒的情況，最好的方式是再進行一次判斷

class MyBlockingQueue{Object A = new Object();int[] elems = null;int right ;int tail ;int usedSize;MyBlockingQueue(int capacity){elems = new int[capacity];}//注意鎖的位置//放入操作public void put(int elem) throws InterruptedException {synchronized (A){//如果滿，不能放出while (usedSize>=elems.length){A.wait();}//沒有滿，正常放入elems[tail++] = elem;if(tail>=elems.length){tail = 0;}usedSize++;A.notify();}}public int take() throws InterruptedException {synchronized (A){//如果為空，不能取出while (usedSize == 0){A.wait();}//不為空，正常取出int elem = elems[right++];//另一種寫法right = right%elems.length;usedSize--;A.notify();return elem;}}}

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