應用 Java8 完成不雅察者形式的辦法（下）。本站提示廣大學習愛好者：（應用 Java8 完成不雅察者形式的辦法（下））文章只能為提供參考，不一定能成為您想要的結果。以下是應用 Java8 完成不雅察者形式的辦法（下）正文
在上篇文章給年夜家引見了應用Java8 完成不雅察者形式的辦法(上)，本文持續給年夜家引見java8不雅察者形式相干常識，詳細內容以下所述：
線程平安的完成
後面章節引見了在古代Java情況下的完成不雅察者形式，固然簡略但很完全，但這一完成疏忽了一個症結性成績：線程平安。年夜多半開放的Java運用都是多線程的，並且不雅察者形式也多用於多線程或異步體系。例如，假如內部辦事更新其數據庫，那末運用也會異步地收到新聞，然後用不雅察者形式告訴外部組件更新，而不是外部組件直接注冊監聽內部辦事。
不雅察者形式的線程平安重要集中在形式的主體上，由於修正注冊監聽器聚集時極可能產生線程抵觸，好比，一個線程試圖添加一個新的監聽器，而另外一線程又試圖添加一個新的animal對象，這將觸發對一切注冊監聽器的告訴。鑒於前後次序，在已注冊的監聽器收到新增植物的告訴前，第一個線程能夠曾經完成也能夠還沒有完成新監聽器的注冊。這是一個經典的線程資本競爭案例，恰是這一景象告知開辟者們須要一個機制來包管線程平安。
這一成績的最簡略的處理計劃是：一切拜訪或修正注冊監聽器list的操作都須遵守Java的同步機制，好比：
public synchronized AnimalAddedListener registerAnimalAddedListener (AnimalAddedListener listener) { /*...*/ }
public synchronized void unregisterAnimalAddedListener (AnimalAddedListener listener) { /*...*/ }
public synchronized void notifyAnimalAddedListeners (Animal animal) { /*...*/ }
如許一來，統一時辰只要一個線程可以修正或拜訪已注冊的監聽器列表，可以勝利地防止資本競爭成績，然則新成績又湧現了，如許的束縛太甚嚴厲(synchronized症結字和Java並發模子的更多信息，請參閱官方網頁)。經由過程辦法同步，可以時辰不雅測對監聽器list的並發拜訪，注冊和撤消監聽器對監聽器list而言是寫操作，而告訴監聽器拜訪監聽器list是只讀操作。因為經由過程告訴拜訪是讀操作，是以是可以多個告訴操作同時停止的。
是以，只需沒有監聽器注冊或撤消注冊，隨意率性多的並發告訴都可以同時履行，而不會激發對注冊的監聽器列表的資本爭取。固然，其他情形下的資本爭取景象存在已久，為懂得決這一成績，設計了ReadWriteLock用以離開治理讀寫操作的資本鎖定。Zoo類的線程平安ThreadSafeZoo完成代碼以下：
public class ThreadSafeZoo {
private final ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
protected final Lock readLock = readWriteLock.readLock();
protected final Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();
private List<Animal> animals = new ArrayList<>();
private List<AnimalAddedListener> listeners = new ArrayList<>();
public void addAnimal (Animal animal) {
// Add the animal to the list of animals
this.animals.add(animal);
// Notify the list of registered listeners
this.notifyAnimalAddedListeners(animal);
}
public AnimalAddedListener registerAnimalAddedListener (AnimalAddedListener listener) {
// Lock the list of listeners for writing
this.writeLock.lock();
try {
// Add the listener to the list of registered listeners
this.listeners.add(listener);
}
finally {
// Unlock the writer lock
this.writeLock.unlock();
}
return listener;
}
public void unregisterAnimalAddedListener (AnimalAddedListener listener) {
// Lock the list of listeners for writing
this.writeLock.lock();
try {
// Remove the listener from the list of the registered listeners
this.listeners.remove(listener);
}
finally {
// Unlock the writer lock
this.writeLock.unlock();
}
}
public void notifyAnimalAddedListeners (Animal animal) {
// Lock the list of listeners for reading
this.readLock.lock();
try {
// Notify each of the listeners in the list of registered listeners
this.listeners.forEach(listener -> listener.updateAnimalAdded(animal));
}
finally {
// Unlock the reader lock
this.readLock.unlock();
}
}
}
經由過程如許安排，Subject的完成能確保線程平安而且多個線程可以同時宣布告訴。但雖然如斯，照舊存在兩個不容疏忽的資本競爭成績：
對每一個監聽器的並發拜訪。多個線程可以同時告訴監聽器要新增植物了，這意味著一個監聽器能夠會同時被多個線程同時挪用。
對animal list的並發拜訪。多個線程能夠會同時向animal list添加對象，假如告訴的前後次序存在影響，那便可能招致資本競爭，這就須要一個並發操作處置機制來防止這一成績。假如注冊的監聽器列表在收到告訴添加animal2後，又收到告訴添加animal1，此時就會發生資本競爭。然則假如animal1和animal2的添加由分歧的線程履行，也是有能夠在animal2前完成對animal1添加操作，詳細來講就是線程1在告訴監聽器前添加animal1並鎖定模塊，線程2添加animal2並告訴監聽器，然後線程1告訴監聽器animal1曾經添加。固然在不斟酌前後次序時，可以疏忽資本競爭，但成績是真實存在的。
對監聽器的並發拜訪
並發拜訪監聽器可以經由過程包管監聽器的線程平安來完成。秉持著類的“義務自信”精力，監聽器有“責任”確保本身的線程平安。例如，關於後面計數的監聽器，多線程的遞增或遞加植物數目能夠招致線程平安成績，要防止這一成績，植物數的盤算必需是原子操作（原子變量或辦法同步），詳細處理代碼以下：
public class ThreadSafeCountingAnimalAddedListener implements AnimalAddedListener {
private static AtomicLong animalsAddedCount = new AtomicLong(0);
@Override
public void updateAnimalAdded (Animal animal) {
// Increment the number of animals
animalsAddedCount.incrementAndGet();
// Print the number of animals
System.out.println("Total animals added: " + animalsAddedCount);
}
}
辦法同步處理計劃代碼以下：
public class CountingAnimalAddedListener implements AnimalAddedListener {
private static int animalsAddedCount = 0;
@Override
public synchronized void updateAnimalAdded (Animal animal) {
// Increment the number of animals
animalsAddedCount++;
// Print the number of animals
System.out.println("Total animals added: " + animalsAddedCount);
}
}
要強調的是監聽器應當包管本身的線程平安，subject須要懂得監聽器的外部邏輯，而不是簡略確保對監聽器的拜訪和修正的線程平安。不然，假如多個subject共用統一個監聽器，那每一個subject類都要重寫一遍線程平安的代碼，明顯如許的代碼不敷簡練，是以須要在監聽器類內完成線程平安。
監聽器的有序告訴
當請求監聽器有序履行時，讀寫鎖就不克不及知足需求了，而須要引入一個新的機制，可以包管notify函數的挪用次序和animal添加到zoo的次序分歧。有人測驗考試過用辦法同步來完成，但是依據Oracle文檔中的辦法同步引見，可知辦法同步其實不供給操作履行的次序治理。它只是包管原子操作，也就是說操作不會被打斷，其實不能包管先來先履行(FIFO)的線程次序。ReentrantReadWriteLock可以完成如許的履行次序，代碼以下：
public class OrderedThreadSafeZoo {
private final ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock(true);
protected final Lock readLock = readWriteLock.readLock();
protected final Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();
private List<Animal> animals = new ArrayList<>();
private List<AnimalAddedListener> listeners = new ArrayList<>();
public void addAnimal (Animal animal) {
// Add the animal to the list of animals
this.animals.add(animal);
// Notify the list of registered listeners
this.notifyAnimalAddedListeners(animal);
}
public AnimalAddedListener registerAnimalAddedListener (AnimalAddedListener listener) {
// Lock the list of listeners for writing
this.writeLock.lock();
try {
// Add the listener to the list of registered listeners
this.listeners.add(listener);
}
finally {
// Unlock the writer lock
this.writeLock.unlock();
}
return listener;
}
public void unregisterAnimalAddedListener (AnimalAddedListener listener) {
// Lock the list of listeners for writing
this.writeLock.lock();
try {
// Remove the listener from the list of the registered listeners
this.listeners.remove(listener);
}
finally {
// Unlock the writer lock
this.writeLock.unlock();
}
}
public void notifyAnimalAddedListeners (Animal animal) {
// Lock the list of listeners for reading
this.readLock.lock();
try {
// Notify each of the listeners in the list of registered listeners
this.listeners.forEach(listener -> listener.updateAnimalAdded(animal));
}
finally {
// Unlock the reader lock
this.readLock.unlock();
}
}
}
如許的完成方法，register, unregister和notify函數將依照先輩先出(FIFO)的次序取得讀寫鎖權限。例如，線程1注冊一個監聽器，線程2在開端履行注冊操作後試圖告訴已注冊的監聽器，線程3在線程2期待只讀鎖的時刻也試圖告訴已注冊的監聽器，采取fair-ordering方法，線程1先完成注冊操作，然後線程2可以告訴監聽器，最初線程3告訴監聽器。如許包管了action的履行次序和開端次序分歧。
假如采取辦法同步，固然線程2先列隊期待占用資本，線程3仍能夠比線程2先取得資本鎖，並且不克不及包管線程2比線程3先告訴監聽器。成績的症結地點：fair-ordering方法可以包管線程依照請求資本的次序履行。讀寫鎖的次序機制很龐雜，應參照ReentrantReadWriteLock的官方文檔以確保鎖的邏輯足夠處理成績。
截止今朝完成了線程平安，在接上去的章節中將引見提取主題的邏輯並將其mixin類封裝為可反復代碼單位的方法優缺陷。
主題邏輯封裝到Mixin類
把上述的不雅察者形式設計完成封裝到目的的mixin類中很具吸引力。平日來講，不雅察者形式中的不雅察者包括已注冊的監聽器的聚集；擔任注冊新的監聽器的register函數；擔任撤消注冊的unregister函數和擔任告訴監聽器的notify函數。關於上述的植物園的例子，zoo類除植物列表是成績所需外，其他一切操作都是為了完成主題的邏輯。
Mixin類的案例以下所示，須要解釋的是為使代碼更加簡練，此處去失落關於線程平安的代碼：
public abstract class ObservableSubjectMixin<ListenerType> {
private List<ListenerType> listeners = new ArrayList<>();
public ListenerType registerListener (ListenerType listener) {
// Add the listener to the list of registered listeners
this.listeners.add(listener);
return listener;
}
public void unregisterAnimalAddedListener (ListenerType listener) {
// Remove the listener from the list of the registered listeners
this.listeners.remove(listener);
}
public void notifyListeners (Consumer<? super ListenerType> algorithm) {
// Execute some function on each of the listeners
this.listeners.forEach(algorithm);
}
}
正由於沒有供給正在注冊的監聽器類型的接口信息，不克不及直接告訴某個特定的監聽器，所以正須要包管告訴功效的通用性，許可客戶端添加一些功效，如接收泛型參數類型的參數婚配，以實用於每一個監聽器，詳細完成代碼以下：
public class ZooUsingMixin extends ObservableSubjectMixin<AnimalAddedListener> {
private List<Animal> animals = new ArrayList<>();
public void addAnimal (Animal animal) {
// Add the animal to the list of animals
this.animals.add(animal);
// Notify the list of registered listeners
this.notifyListeners((listener) -> listener.updateAnimalAdded(animal));
}
}
Mixin類技巧的最年夜優勢是把不雅察者形式的Subject封裝到一個可反復挪用的類中，而不是在每一個subject類中都反復寫這些邏輯。另外，這一辦法使得zoo類的完成更加簡練，只須要存儲植物信息，而不消再斟酌若何存儲和告訴監聽器。
但是，應用mixin類並不是只要長處。好比，假如要存儲多個類型的監聽器怎樣辦？例如，還須要存儲監聽器類型AnimalRemovedListener。mixin類是籠統類，Java中不克不及同時繼續多個籠統類，並且mixin類不克不及改用接話柄現，這是由於接口不包括state，而不雅察者形式中state須要用來保留曾經注冊的監聽器列表。
個中的一個處理計劃是創立一個植物增長和削減時都邑告訴的監聽器類型ZooListener，代碼以下所示:
public interface ZooListener {
public void onAnimalAdded (Animal animal);
public void onAnimalRemoved (Animal animal);
}
如許便可以應用該接話柄現應用一個監聽器類型對zoo狀況各類變更的監聽了：
public class ZooUsingMixin extends ObservableSubjectMixin<ZooListener> {
private List<Animal> animals = new ArrayList<>();
public void addAnimal (Animal animal) {
// Add the animal to the list of animals
this.animals.add(animal);
// Notify the list of registered listeners
this.notifyListeners((listener) -> listener.onAnimalAdded(animal));
}
public void removeAnimal (Animal animal) {
// Remove the animal from the list of animals
this.animals.remove(animal);
// Notify the list of registered listeners
this.notifyListeners((listener) -> listener.onAnimalRemoved(animal));
}
}
將多個監聽器類型歸並到一個監聽器接口中確切處理了下面提到的成績，但仍然存在缺乏的地方，接上去的章節會具體評論辯論。
Multi-Method監聽器和適配器
在上述辦法，監聽器的接口中完成的包括太多函數，接口就過於冗雜，例如，Swing MouseListener就包括5個需要的函數。雖然能夠只會用到個中一個，然則只需用到鼠標點擊事宜就必需要添加這5個函數，更多能夠是用空函數體來完成剩下的函數，這無疑會給代碼帶來不用要的凌亂。
個中一種處理計劃是創立適配器(概念來自GoF提出的適配器形式)，適配器中以籠統函數的情勢完成監聽器接口的操作，供詳細監聽器類繼續。如許一來，詳細監聽器類便可以選擇其須要的函數，對adapter不須要的函數采取默許操作便可。例如下面例子中的ZooListener類，創立ZooAdapter(Adapter的定名規矩與監聽器分歧，只須要把類名中的Listener改成Adapter便可)，代碼以下：
public class ZooAdapter implements ZooListener {
@Override
public void onAnimalAdded (Animal animal) {}
@Override
public void onAnimalRemoved (Animal animal) {}
}
乍一看，這個適配器類眇乎小哉，但是它所帶來的方便倒是弗成小觑的。好比關於上面的詳細類，只需選擇對其完成有效的函數便可：
public class NamePrinterZooAdapter extends ZooAdapter {
@Override
public void onAnimalAdded (Animal animal) {
// Print the name of the animal that was added
System.out.println("Added animal named " + animal.getName());
}
}
有兩種替換計劃異樣可以完成適配器類的功效：一是應用默許函數；二是把監聽器接口和適配器類歸並到一個詳細類中。默許函數是Java8新提出的，在接口中許可開辟者供給默許（進攻）的完成辦法。
Java庫的這一更新重要是便利開辟者在不轉變老版本代碼的情形下，完成法式擴大，是以應當慎用這個辦法。部門開辟者屢次應用後，會感到如許寫的代碼不敷專業，而又有開辟者以為這是Java8的特點，不論如何，須要明確這個技巧提出的初志是甚麼，再聯合詳細成績決議能否要用。應用默許函數完成的ZooListener接口代碼以下示：
public interface ZooListener {
default public void onAnimalAdded (Animal animal) {}
default public void onAnimalRemoved (Animal animal) {}
}
經由過程應用默許函數，完成該接口的詳細類，無需在接口中完成全體函數，而是選擇性完成所需函數。固然這是接口收縮成績一個較為簡練的處理計劃，開辟者在應用時還應多加留意。
第二種計劃是簡化不雅察者形式，省略了監聽器接口，而是器具體類完成監聽器的功效。好比ZooListener接口就釀成了上面如許：
public class ZooListener {
public void onAnimalAdded (Animal animal) {}
public void onAnimalRemoved (Animal animal) {}
}
這一計劃簡化了不雅察者形式的條理構造，但它並不是實用於一切情形，由於假如把監聽器接口歸並到詳細類中，詳細監聽器就弗成以完成多個監聽接口了。例如，假如AnimalAddedListener和AnimalRemovedListener接口寫在統一個詳細類中，那末零丁一個詳細監聽器就弗成以同時完成這兩個接口了。另外，監聽器接口的意圖比詳細類更不言而喻，很明顯前者就是為其他類供給接口，但後者就並不是那末顯著了。
假如沒有適合的文檔解釋，開辟者其實不會曉得曾經有一個類飾演著接口的腳色，完成了其對應的一切函數。另外，類名不包括adapter，由於類其實不適配於某一個接口，是以類名並沒有特殊暗示此意圖。綜上所述，特定成績須要選擇特定的辦法，並沒有哪一個辦法是全能的。
在開端下一章前，須要特殊提一下，適配器在不雅察形式中很罕見，特別是在老版本的Java代碼中。Swing API恰是以適配器為基本完成的，正如許多老運用在Java5和Java6中的不雅察者形式中所應用的那樣。zoo案例中的監聽器也許其實不須要適配器，但須要懂得適配器提出的目標和其運用，由於我們可以在現有的代碼中對其停止應用。上面的章節，將會引見時光龐雜的監聽器，該類監聽器能夠會履行耗時的運算或停止異步驟用，不克不及立刻給出前往值。
Complex & Blocking監聽器
關於不雅察者形式的一個假定是：履行一個函數時，一系列監聽器會被挪用，但假定這一進程對換用者而言是完整通明的。例如，客戶端代碼在Zoo中添加animal時，在前往添加勝利之前，其實不曉得會挪用一系列監聽器。假如監聽器的履行須要時光較長（當時間受監聽器的數目、每一個監聽器履行時光影響），那末客戶端代碼將會感知這一簡略增長植物操作的時光反作用。
本文不克不及八面玲珑的評論辯論這個話題，上面幾條是開辟者挪用龐雜的監聽器時應當留意的事項：
監聽器啟動新線程。新線程啟動後，在新線程中履行監聽器邏輯的同時，前往監聽器函數的處置成果，並運轉其他監聽器履行。
Subject啟動新線程。與傳統的線性迭代已注冊的監聽器列表分歧，Subject的notify函數重啟一個新的線程，然後在新線程中迭代監聽器列表。如許使得notify函數在履行其他監聽器操作的同時可以輸入其前往值。須要留意的是須要一個線程平安機制來確保監聽器列表不會停止並發修正。
隊列化監聽器挪用並采取一組線程履行監聽功效。將監聽器操作封裝在一些函數中並隊列化這些函數，而非簡略的迭代挪用監聽器列表。這些監聽器存儲到隊列中後，線程便可以從隊列中彈出單個元素並履行其監聽邏輯。這相似於臨盆者-花費者成績，notify進程發生可履行函數隊列，然後線程順次從隊列中掏出並履行這些函數，函數須要存儲被創立的時光而非履行的時光供監聽器函數挪用。例如，監聽器被挪用時創立的函數，那末該函數就須要存儲該時光點，這一功效相似於Java中的以下操作：
public class AnimalAddedFunctor {
private final AnimalAddedListener listener;
private final Animal parameter;
public AnimalAddedFunctor (AnimalAddedListener listener, Animal parameter) {
this.listener = listener;
this.parameter = parameter;
}
public void execute () {
// Execute the listener with the parameter provided during creation
this.listener.updateAnimalAdded(this.parameter);
}
}
函數創立並保留在隊列中，可以隨時挪用，如許一來就無需在遍歷監聽器列表時立刻履行其對應操作了。一旦每一個激活監聽器的函數都壓入隊列中，“花費者線程”就會給客戶端代碼前往操作權。以後某個時光點“花費者線程”將會履行這些函數，就像在監聽器被notify函數激活時履行一樣。這項技巧在其他說話中被叫作參數綁定，恰好合適下面的例子，技巧的本質是保留監聽器的參數，execute()函數再直接挪用。假如監聽器吸收多個參數，處置辦法也相似。
須要留意的是假如要保留監聽器的履行次序，則須要引入綜合排序機制。計劃一中，監聽器依照正常的次序激活新線程，如許可以確保監聽器依照注冊的次序履行。計劃二中，隊列支撐排序，個中的函數會依照進入隊列的次序履行。簡略來講就是，開辟者須要看重監聽器多線程履行的龐雜水平，加以當心處置以確保完成所需的功效。
停止語
不雅察者形式在1994年被寫進書中之前，就曾經是主流的軟件設計形式了，為軟件設計中常常湧現的成績供給了許多使人滿足的處理計劃。Java一向是應用該形式的引領者，在其尺度庫中封裝了這一形式，然則鑒於Java更新到了版本8，非常有需要從新考核經典形式在個中的應用。跟著lambda表達式和其他新構造的湧現，這一“陳舊的”形式又有了新的活力。不管是處置舊法式照樣應用這一汗青悠長的辦法處理新成績，特別對經歷豐碩的Java開辟者來講，不雅察者形式都是開辟者的重要對象。
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