Java并发(五)模版方法模式

1. 模版方法结构

模板方法的本质其实就是类的继承,模板方法模式需要开发抽象类和具体子类的设计之间的协作,我们实际工作中应该有很多这样的场景,比如我们通常会在业务逻辑层定义好Service类的抽象方法,而实际的业务逻辑实现会交给ServiceImpl类。模板方法模式的类结构图大致如下:

抽象模板(AbstractTemplate)角色有如下责任:

定义了一个或多个抽象操作,以便让子类实现。这些抽象操作叫做基本操作,它们是一个顶级逻辑的组成步骤。定义并实现了一个模板方法,这个模板方法一般是一个具体方法,它给出了一个顶级逻辑的骨架,而逻辑的组成步骤在相应的抽象操作中,推迟到子类实现。顶级逻辑也有可能调用一些具体方法。AbstractQueuedSynchronizer就是这样一个抽象模板。

具体模板(ConcreteTemplate)角色又有如下责任:

实现父类所定义的一个或多个抽象方法,它们是一个顶级逻辑的组成步骤。每一个抽象模板角色都可以有任意多个具体模板角色与之对应,而每一个具体模板角色都可以给出这些抽象方法(也就是顶级逻辑的组成步骤)的不同实现,从而使得顶级逻辑的实现各不相同。ReentrantLock算是这样一个具体模板,不过ReentrantLock把自己的实现又委托给了内部实现类Sync。

模板模式的关键是:子类可以置换掉父类的可变部分,但是子类却不可以改变模板方法所代表的顶级逻辑。每当定义一个新的子类时,不要按照控制流程的思路去想,而应当按照“责任”的思路去想。换言之,应当考虑哪些操作是必须置换掉的,哪些操作是可以置换掉的,以及哪些操作是不可以置换掉的。使用模板模式可以使这些责任变得清晰。

2. 模版方法模式中的方法

模板方法中的方法可以分为两大类:模板方法和基本方法

模板方法:一个模板方法是定义在抽象类中的,把基本操作方法组合在一起形成一个总算法或一个总行为的方法。一个抽象类可以有任意多个模板方法,而不限于一个。每一个模板方法都可以调用任意多个具体方法。

基本方法:基本方法又可以分为三种:抽象方法(Abstract Method)、具体方法(Concrete Method)和钩子方法(Hook Method)

抽象方法:一个抽象方法由抽象类声明,由具体子类实现。在Java语言里抽象方法以abstract关键字标示。

具体方法:一个具体方法由抽象类声明并实现,而子类并不实现或置换。

钩子方法:一个钩子方法由抽象类声明并实现,而子类会加以扩展。通常抽象类给出的实现是一个空实现,作为方法的默认实现。

3. 由AbstractQueuedSynchronizer和ReentrantLock来看模版方法模式

以ReentrantLock的lock方法为例来看下模板方法的体现。具体代码如下:

public class MutexDemo {
//  private static Mutex mutex = new Mutex();
    private static ReentrantLock mutex = new ReentrantLock();
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread thread = new Thread(() -> {
                mutex.lock();
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    mutex.unlock();
                }
            });
            thread.start();
        }
    }
}

默认是以非公平锁来初始化ReentrantLock,所以方法中ReentrantLock将自己的行为委托给NonfairSync,NonfairSync继承Sync,Sync又继承了AbstractQueuedSynchronizer。在整个过程中AbstractQueuedSynchronizer的方法acquire其实就是模板模式里面的模板方法,方法release也是一样的,这两个方法是整套框架里面的顶级逻辑。在这个顶级逻辑之外,Sync给出了lock方法,这是一个抽象方法,下设2种实现,分别是公平锁FairSync和非公平锁NonfairSync。在顶级逻辑里面还有方法的具体方法实现,比如addWaiter和acquireQueued。另外还有一个钩子方法,如tryAcquire,在AQS里面这个钩子方法是没有具体的实现的,具体的实现交给了NonfairSync。感兴趣的读者可以按照这思路跟踪下代码,然后理解一下模板方法这个设计模式。

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