Java程序性能优化 读书笔记（十二）并行设计模式：Guarded Suspension模式

一、Guarded Suspension模式

Guarded Suspension意为保护暂停，其核心思想是仅当服务进程准备好时，才提供服务。设想一种场景，服务器可能会在很短时间内承受大量的客户端请求，客户端请求的数量可能超过服务器本身的即时处理能力，而服务端程序又不能丢弃任何一个客户请求。此时，最佳的处理方案莫过于让客户端要求进行排队，由服务端程序一个接一个处理。这样，既保证了所有的客户端请求均不丢失，同时也避免了服务器由于同时处理太多的请求而崩溃。

二、Guarded Suspension模式的结构

Guarded Suspension模式的主要成员有：Request、RequestQueue、ClientThread、ServerThread

Request：表示客户端请求

RequestQueue：用于保存客户端请求队列

ClientThread：客户端进程

ServerThread：服务器进程

其中，ClientThread负责不断发起请求，并将请求对象放入请求队列。ServerThread则根据其自身的状态，在有能力处理请求时，从RequestQueue中提取请求对象加以处理。系统的工作流程如图

三、Guarded Suspension模式的实现

Request类封装了请求的内容

package com.zenhobby; public class Request {private String name;public Request(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}@Overridepublic String toString() {return "[ Request "+ name + " ]"; }}

RequestQueue对象作为Request的集合，维护系统的Request请求列表

package com.zenhobby; import java.util.LinkedList; public class RequestQueue {private LinkedList<Request> queue = new LinkedList<>();public synchronized Request getRequest() {while (queue.size() == 0) {try {wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}return queue.removeFirst();}public synchronized void addRequest(Request request) {queue.add(request);notifyAll();}}

服务端进程用于处理用户的请求操作，代码实现如下

package com.zenhobby; public class ServerThread extends Thread {private RequestQueue requestQueue;public ServerThread(RequestQueue requestQueue, String name) {super(name);this.requestQueue = requestQueue;}@Overridepublic void run() {while (true) {final Request request = requestQueue.getRequest();try {Thread.sleep(100);//模拟服务端耗时操作} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " handles " + request);}}}

客户端的请求发起进程代码实现如下

package com.zenhobby; public class ClientThread extends Thread {private RequestQueue requestQueue;public ClientThread(RequestQueue requestQueue, String name) {super(name);this.requestQueue = requestQueue;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {Request request = new Request("RequestID: " + i + " Thread_Name: " + Thread.currentThread().getName());System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " requests " + request);requestQueue.addRequest(request);try {Thread.sleep(10);//客户端请求速度快于服务器的响应速度} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("ClientThread Name is: " + Thread.currentThread().getName());}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "request end");}}

主函数如下

package com.zenhobby; public class Main {public static void main(String[] args) {RequestQueue requestQueue = new RequestQueue();for (int i = 0; i < 10; i++) {new ServerThread(requestQueue, "ServerThread" + i).start();}for (int i = 0; i < 10; i++) {new ClientThread(requestQueue, "ClientThread" + i).start();}}}

RequestQueue起到了中间缓存的作用，从程序执行结果来看，当所有的ClientThread全部运行结束后，Server进程并没有停止工作，而是继续处理RequestQueue中的请求，直至处理完毕，Client的请求并未丢失。

四、带返回值的Guarded Suspension模式

上述的Guarded Suspension模式中Request'的请求并无返回值，因此客户端无法得知请求的执行情况，因此采用Future模式对Guarded Suspension模式进行增强可以构造带返回值的Guarded Suspension模式。

首先，客户进程和服务进程对于请求队列的处理和改进前完全一致，只是服务进程在数据处理时添加了对Request中response的数据处理，服务进程会在其工作过程中将返回数据设置到response中，当客户端访问数据时若服务进程尚未完成，则客户端需要等待，否则客户端直接获取数据，与Future模式一致。

将原模式中的Request类进行扩展，嵌入Future模式中的Data接口，用于传递服务器返回的数据。

package com.zenhobby; public class Request {private String name;private Data response;public synchronized Data getResponse(){return response;}public synchronized void setResponse(Data response){this.response = response;}public Request(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}@Overridepublic String toString() {return "[ Request "+ name + " ]"; }}

Data类的实现与Future中的实现完全一致；

Server中需要添加对返回值的处理

package com.zenhobby; public class ServerThread extends Thread {private RequestQueue requestQueue;public ServerThread(RequestQueue requestQueue, String name) {super(name);this.requestQueue = requestQueue;}@Overridepublic void run() {while (true) {final Request request = requestQueue.getRequest();final FutureData future = (FutureData)request.getResponse();RealData realdata = new RealData(request.getName());future.setRealData(realdata);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " handles " + request);}}}

客户端中也要添加对返回值的处理

package com.zenhobby; public class ClientThread extends Thread {private RequestQueue requestQueue;private List<Request> myRequest = new ArrayList<Request>();public ClientThread(RequestQueue requestQueue, String name) {super(name);this.requestQueue = requestQueue;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {Request request = new Request("RequestID: " + i + " Thread_Name: " + Thread.currentThread().getName());System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " requests " + request);//设置一个FutureData的返回值request.setResponse(new FutureData());requestQueue.addRequest(request);myRequest.add(request);try {Thread.sleep(1000);  //做一些额外的业务等待服务器装配数据} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}for (Request r:myRequest) {System.out.println("ClientThread Name is:"+Thread.currentThread().getName()+" Response is:"+r.getResponse().getResult);//阻塞等待结果}}}}

Guarded Suspension模式在一定程度上可以缓解系统的压力，它可以将系统的负载在时间轴上均匀地分配，降低系统的瞬时负载，UI提高系统的抗压能力和稳定性有一定的帮助。