Active Object

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java多线程设计模式

Active Object Pattern是由很多组件构成的，是一个大型的Pattern。适合大规模问题。

首先由Client发出请求，Active Object的参与者配合得到请求的返回值。

Active Object中，首先异步消息都传递给Proxy，Proxy将这些消息放在队列里面，然后由一个线程（Scheduler）不断的获取这些消息，让这些消息交给“提货单”，真正的消息处理工作交给Servant，Servant把结果交给“提货单”，最后结果返回到Client。

下面的示例展示了这个过程（不过是一个小规模的问题）。

示例中：消息有makeString和displayString，首先是一个生产者和消费者模型，队列中没消息时获取消息就得等待，队列满了时插入消息也要等待。displayString的工作采用了Thread Per Message Pattern，makeString的工作则用FuturePattern。

下面是详细代码：

Result类是一个虚拟数据参与者，它有两个子类：Future参与者FutureResult和RealResult。这里实际用到了Future Pattern。（FutureResult中一旦设置了Result，马上通知别人（提货单）可以获取Result，“提货单”是MakeStringRequest，注意其中的：future.setResult(result);）。

package activeobject;
public abstract class Result {
	public abstract Object getResultValue();
}

package activeobject;
public class RealResult extends Result {
	private final Object resultValue;
	public RealResult(Object resultValue){
		this.resultValue=resultValue;
	}
	@Override
    public Object getResultValue(){
    	return resultValue;
    }
}

package activeobject;
public class FutureResult extends Result {
	private Result result;
	public boolean ready=false;
	public synchronized void setResult(Result result){
		this.result=result;
		this.ready=true;
		notifyAll();
	}
	public synchronized Object getResultValue(){
		while(!ready){
			try{
				wait();
			}catch(InterruptedException e){
				e.printStackTrace();
			}
		}
		return result.getResultValue();
	}
}

        MethodRequest类是一个抽象化的请求。具体的请求是其子类MakeStringRequest、DisplayRequest。
MethodRequest中的字段servant用来进行实际处理的Servant实例，字段future用来存放设置返回值的FutureResult实例，如果请求不需要返回，这个域为空。servant和future都可以让子类来处理，故声明为protected。
        MakeStringRequest会设置servant和future，执行execute时候让servant生成一个Result，这个Result是RealResult，是makeString的结果，makeString是一个需要时间的操作，操作完才能得到RealResult。得到结果后马上设置FutureResult的结果，这个FutureResult之前就是Proxy中定义的，然后返回给Client，但由于没有设置RealResult，它只能陷入等待，所以，得到RealResult后，Client才能继续运行。
        DisplayRequest让servant显示字符串，其实，也就是Client发请求，通过Proxy（将消息传递给队列），队列（请求缓存站）后交给servant执行，也就是Thread Per Message模型了。

package activeobject;
 abstract class MethodRequest {
	protected final Servant servant;
	protected final FutureResult future;
	protected MethodRequest(Servant servant,FutureResult future){
		this.servant=servant;
		this.future=future;
	}
	public abstract void execute();
}

package activeobject;
public class MakeStringRequest extends MethodRequest{
    private final int count;
    private final char fillchar;
    public MakeStringRequest(Servant servant,FutureResult future,int count ,char fillchar){
    	super(servant,future);
    	this.count=count;
    	this.fillchar=fillchar;
    }
    public void execute(){
    	Result result=servant.makeString(count,fillchar);
    	future.setResult(result);
    }
}

package activeobject;
public class DisplayStringRequest extends MethodRequest {
    private final String string;
    public DisplayStringRequest(Servant servant,String string){
    	super(servant,null);
    	this.string=string;
    }
    public void execute(){
    	servant.displayString(string);
    }
}

接口ActiveObject有产生Result（makeString）和显示字符串的虚方法。

Servant类实现了这个接口，它先生成一个String，然后将String包装成RealResult。（这是一个耗时的过程），以及显示一个字符串。当然，Servant是实际处理请求的类。
Proxy也实现了ActiveObject接口，有字段scheduler和servant。它的makeString是向队列中添加制造请求，它的displayString是向队列中添加显示请求。这个类本质上是将Client的工作与执行的工作分开，充当了“启动”的作用。即“分离方法的启动（invocation）和执行（execution）”

Proxy将Client的请求给SchedulerThread（字段schedule），Scheduler有一个ActivationQueue属性，它有两个工作：将请求添加到队列（ActivationQueue）中；不断的从队列中得到请求，然后执行。

ActivationQueue有一个MethodRequest队列，当队列满了时，添加元素等待，队列为空时，移走一个元素等待。

package activeobject;
public interface ActiveObject {
	public abstract Result makeString(int count,char fillchar);
	public abstract void displayString(String string);
}

package activeobject;
public class Servant implements ActiveObject{
	@Override
	public void displayString(String string) {
		try{
			System.out.println("displayString:"+string);
			Thread.sleep(10);
		}catch(InterruptedException e){
			e.printStackTrace();
		}
	}

	@Override
	public Result makeString(int count, char fillchar) {
		char[] buffer=new char[count];
		for(int i=0;i<count;i++)
			buffer[i]=fillchar;
		try{
			Thread.sleep(100);
		}catch(InterruptedException e){
			e.printStackTrace();
		}
		return new RealResult(new String(buffer));
	}
}

package activeobject;
public class Proxy implements ActiveObject{
	private final SchedulerThread scheduler;
	private final Servant servant;
	public Proxy(SchedulerThread scheduler,Servant servant){
		this.scheduler=scheduler;
		this.servant=servant;
	}
	@Override
	public void displayString(String string) {
		scheduler.invoke(new DisplayStringRequest(servant,string));
	}
	@Override
	public Result makeString(int count, char fillchar) {
		FutureResult future=new FutureResult();
		scheduler.invoke(new MakeStringRequest(servant,future,count,fillchar));
		return future;
	}
}

package activeobject;
public class SchedulerThread extends Thread{
    private final ActivationQueue queue;
    public SchedulerThread(ActivationQueue queue){
    	this.queue=queue;
    }
    public void invoke(MethodRequest request){
    	queue.putRequest(request);
    }
    @Override
    public void run(){
    	while(true){
    		MethodRequest request=queue.takeRequest();
    		request.execute();
    	}
    }
}

package activeobject;
public class ActivationQueue {
	private static final int MAX_METHOD_REQUEST=100;
	private final MethodRequest[] requestQueue;
	private int tail;
	private int head;
	private int count;
	
	public ActivationQueue(){
		this.requestQueue=new MethodRequest[MAX_METHOD_REQUEST];
		this.head=0;
		this.tail=0;
		this.count=0;
	}
	public synchronized void putRequest(MethodRequest request){
		while(count>=requestQueue.length){
			try{
				wait();
			}catch(InterruptedException e){
				e.printStackTrace();
			}
		}
		requestQueue[tail]=request;
		tail=(tail+1)%requestQueue.length;
	    count++;
	    notifyAll();
	}
	public synchronized MethodRequest takeRequest(){
		while(count<=0){
			try{
				wait();
			}catch(InterruptedException e){
				e.printStackTrace();
			}
		}
		MethodRequest request=requestQueue[head];
		head=(head+1)%requestQueue.length;
	    count--;
	    notifyAll();
	    return request;
	}
}

这里有一个ActiveObjectFactory类，它是为接口提供一个简便的“外观”，它用来产生一个Proxy对象，当然与这个对象相关的Servant、SchedulerThread、Queue都产生了，并且线程SchedulerThread也开启了，这个线程是不断的处理请求，而Client中的线程是不断的发出请求，让Proxy将请求加到队列中。

package activeobject;
public class ActiveObjectFactory {
	public static ActiveObject createActiveObject(){
		Servant servant=new Servant();
		ActivationQueue queue=new ActivationQueue();
		SchedulerThread scheduler=new SchedulerThread(queue);
		Proxy proxy=new Proxy(scheduler,servant);
		scheduler.start();
		return proxy;
	}
}

这个模型中的整个类图如下：

测试类（发出请求的Client）如下：

package activemain;
import activeobject.ActiveObject;
import activeobject.Result;

public class MakerClientThread extends Thread{
	private final ActiveObject activeObject;
	private final char fillchar;
	public MakerClientThread(String name,ActiveObject activeObject){
		super(name);
		this.activeObject=activeObject;
		this.fillchar=name.charAt(0);
	}
	@Override
    public void run(){
		try{
			for(int i=0;true;i++){
				Result result=activeObject.makeString(i, fillchar);
				Thread.sleep(10);
				String value=(String)result.getResultValue();
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":value="+value);
			}
		}catch(InterruptedException e){
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

package activemain;
import activeobject.ActiveObject;

public class DisplayClientThread extends Thread{
	private final ActiveObject activeObject;;
	public DisplayClientThread(String name,ActiveObject activeObject){
		super(name);
		this.activeObject=activeObject;
	}
	@Override
    public void run(){
		try{
			for(int i=0;true;i++){
				String string=Thread.currentThread().getName()+"  "+i;
				activeObject.displayString(string);
				Thread.sleep(200);
			}
		}catch(InterruptedException e){
			e.printStackTrace();
		}
	}

}

package activemain;
import activeobject.ActiveObject;
import activeobject.ActiveObjectFactory;

public class Main {
	public static void main(String[] args){
		ActiveObject activeObject=ActiveObjectFactory.createActiveObject();
		new MakerClientThread("Alice",activeObject).start();
		new MakerClientThread("Bobby",activeObject).start();
		new DisplayClientThread("Chris",activeObject).start();
	}
}

程序执行的结果：

Bobby:value=
displayString:Chris 0
Alice:value=
displayString:Chris 1
Bobby:value=B
Alice:value=A
displayString:Chris 2
Bobby:value=BB
Alice:value=AA
displayString:Chris 3
Bobby:value=BBB
Alice:value=AAA
displayString:Chris 4
Bobby:value=BBBB
Alice:value=AAAA
displayString:Chris 5
Bobby:value=BBBBB
Alice:value=AAAAA
Bobby:value=BBBBBB
displayString:Chris 6
Alice:value=AAAAAA
displayString:Chris 7
Bobby:value=BBBBBBB
Alice:value=AAAAAAA
displayString:Chris 8
Bobby:value=BBBBBBBB
Alice:value=AAAAAAAA
displayString:Chris 9
Bobby:value=BBBBBBBBB
Alice:value=AAAAAAAAA
displayString:Chris 10
Bobby:value=BBBBBBBBBB
displayString:Chris 11
Alice:value=AAAAAAAAAA
Bobby:value=BBBBBBBBBBB
Alice:value=AAAAAAAAAAA
displayString:Chris 12
Bobby:value=BBBBBBBBBBBB

这个模式处理的问题是：当多个Client使用不安全的Servant，且Servant相应的时间比较久，这回拖垮Client的响应性。

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多线程设计模式 | Thread Specific Storage

2013-05-05 12:11
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分类:编程语言
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