【Java设计模式】Balking模式：智能控制Java执行

【Java设计模式】Balking模式：智能控制Java执行

一、概述

在Java开发中，Balking模式是一种重要的并发设计模式，它可以防止对象在不适当的状态下执行某些代码。本文将详细介绍Balking模式的意图、解释、编程示例以及适用场景。同时，还将提供示例代码的下载链接，方便读者进行学习和实践。

二、Balking设计模式的意图

Java中的Balking模式是一种并发设计模式，用于防止对象在不完整或不适当的状态下执行某些代码。该模式对于管理多线程Java应用程序中的状态和并发至关重要。

三、Balking模式的详细解释及实际示例

1. 实际示例：
   • Balking设计模式的一个现实世界类比可以在洗衣服务中看到。想象一下自助洗衣店中的洗衣机，只有在门正确关闭并锁定时才会开始洗衣服。如果用户试图在门打开时启动机器，机器会拒绝并什么也不做。这确保了洗涤过程仅在安全的情况下开始，防止水溢出和对机器的潜在损坏。类似地，软件设计中的Balking模式确保操作仅在对象处于适当状态时执行，防止错误操作并维护系统稳定性。
2. 通俗解释：
   • 使用Balking模式，只有当对象处于特定状态时，某些代码才会执行。
3. 维基百科解释：
   • Balking模式是一种软件设计模式，只有当对象处于特定状态时，才会对对象执行某个操作。例如，如果一个对象读取ZIP文件，并且调用方法在ZIP文件未打开时对该对象调用get方法，该对象将“拒绝”该请求。

四、Java中Balking模式的编程示例

这个示例展示了在多线程Java应用程序中的Balking模式，突出了状态管理和并发控制。Balking模式通过洗衣机的启动按钮来体现，只有当机器处于空闲状态时，按钮才会启动洗涤。这确保了状态管理并防止并发问题。

洗衣机中有一个启动按钮来启动洗衣洗涤。当洗衣机处于非活动状态时，按钮按预期工作，但如果它已经在洗涤，按钮将不会执行任何操作。

在这个示例实现中，WashingMachine是一个可以处于两种状态的对象：ENABLED和WASHING。如果机器处于ENABLED状态，则使用线程安全的方法将状态更改为WASHING。另一方面，如果它已经在洗涤，并且任何其他线程执行wash，它将不会执行并返回而不做任何事情。

以下是WashingMachine类的相关部分。

@Slf4j
public class WashingMachine {private final DelayProvider delayProvider;private WashingMachineState washingMachineState;public WashingMachine(DelayProvider delayProvider) {this.delayProvider = delayProvider;this.washingMachineState = WashingMachineState.ENABLED;}public WashingMachineState getWashingMachineState() {return washingMachineState;}public void wash() {synchronized (this) {var machineState = getWashingMachineState();LOGGER.info("{}: Actual machine state: {}", Thread.currentThread().getName(), machineState);if (this.washingMachineState == WashingMachineState.WASHING) {LOGGER.error("Cannot wash if the machine has been already washing!");return;}this.washingMachineState = WashingMachineState.WASHING;}LOGGER.info("{}: Doing the washing", Thread.currentThread().getName());this.delayProvider.executeAfterDelay(50, TimeUnit.MILLISECONDS, this::endOfWashing);}public synchronized void endOfWashing() {washingMachineState = WashingMachineState.ENABLED;LOGGER.info("{}: Washing completed.", Thread.currentThread().getId());}
}

这里是WashingMachine使用的简单DelayProvider接口。

public interface DelayProvider {void executeAfterDelay(long interval, TimeUnit timeUnit, Runnable task);
}

现在，我们介绍使用WashingMachine的应用程序。

public static void main(String... args) {final var washingMachine = new WashingMachine();var executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);for (int i = 0; i < 3; i++) {executorService.execute(washingMachine::wash);}executorService.shutdown();try {if (!executorService.awaitTermination(10, TimeUnit.SECONDS)) {executorService.shutdownNow();}} catch (InterruptedException ie) {LOGGER.error("ERROR: Waiting on executor service shutdown!");Thread.currentThread().interrupt();}
}

以下是程序的控制台输出。

14:02:52.268 [pool-1-thread-2] INFO com.iluwatar.balking.WashingMachine - pool-1-thread-2: Actual machine state: ENABLED
14:02:52.272 [pool-1-thread-2] INFO com.iluwatar.balking.WashingMachine - pool-1-thread-2: Doing the washing
14:02:52.272 [pool-1-thread-3] INFO com.iluwatar.balking.WashingMachine - pool-1-thread-3: Actual machine state: WASHING
14:02:52.273 [pool-1-thread-3] ERROR com.iluwatar.balking.WashingMachine - Cannot wash if the machine has been already washing!
14:02:52.273 [pool-1-thread-1] INFO com.iluwatar.balking.WashingMachine - pool-1-thread-1: Actual machine state: WASHING
14:02:52.273 [pool-1-thread-1] ERROR com.iluwatar.balking.WashingMachine - Cannot wash if the machine has been already washing!
14:02:52.324 [pool-1-thread-2] INFO com.iluwatar.balking.WashingMachine - 14: Washing completed.

五、Java中何时使用Balking模式

在以下情况下使用Balking模式：

1. 当您只想在对象处于特定状态时调用对象上的某个操作。
2. 对象通常只是暂时处于容易拒绝的状态，但时间未知。
3. 在多线程应用程序中，某些操作只有在满足特定条件时才应继续执行，并且这些条件由于外部因素或并发操作而预计会随时间变化。

六、Java中Balking模式的实际应用

1. 资源池，其中只有在资源处于有效分配状态时才进行分配。
2. 线程管理，其中线程只有在满足某些条件（如任务可用性或资源锁）时才继续执行任务。

七、Balking模式的优点和权衡

1. 优点：
   • 在操作无法继续的情况下减少不必要的锁获取，提高并发应用程序的性能。
   • 鼓励清晰地分离状态管理和行为，导致更清晰的代码。
   • 简化了仅在某些条件下执行的操作的处理，而无需在调用者代码中充斥状态检查。
2. 权衡：
   • 可能会通过模糊执行或忽略操作的条件来引入复杂性，从而使系统更难调试和理解。
   • 如果状态更改未得到正确监视或拒绝条件过于严格，可能会导致错过机会或操作。

八、源码下载

Balking模式示例代码下载

通过本文的介绍，相信大家对Java中的Balking模式有了更深入的了解。在实际开发中，合理运用该模式可以提高系统的稳定性和性能，但需要注意避免过度使用导致的复杂性增加。