Java 中的 Balking 模式：智能控制 Java 执行

大约 4 分钟

Balking 设计模式的意图

Java 中的 Balking 模式是一种并发设计模式，它可以防止对象在处于不完整或不适当状态时执行某些代码。这种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。

Balking 模式的详细解释以及现实世界中的例子

现实世界中的例子

在自助洗衣店，我们可以看到 Balking 设计模式的现实世界类比。想象一下自助洗衣店里的一台洗衣机，它只有在门完全关闭并锁定时才能开始洗衣服。如果用户尝试在门打开的情况下启动机器，机器就会拒绝启动，什么也不做。这确保了洗涤过程只在安全的情况下开始，防止水溢出和潜在的机器损坏。同样，软件设计中的 Balking 模式确保操作只有在对象处于适当状态时才执行，防止错误操作并保持系统稳定性。

通俗地说

使用 Balking 模式，某些代码只有在对象处于特定状态时才会执行。

维基百科说

Balking 模式是一种软件设计模式，它只在对象处于特定状态时才对对象执行操作。例如，如果一个对象读取 ZIP 文件，而调用方法在 ZIP 文件未打开时调用该对象的 get 方法，则该对象会“拒绝”该请求。

Java 中 Balking 模式的编程示例

此示例演示了多线程 Java 应用程序中的 Balking 模式，突出显示了状态管理和并发控制。Balking 模式以洗衣机的启动按钮为例，该按钮只有在机器处于空闲状态时才会启动洗涤。这确保了状态管理并防止并发问题。

洗衣机上有一个启动按钮来启动洗衣过程。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。

在此示例实现中，WashingMachine 是一个对象，它可以处于两种状态：ENABLED 和 WASHING。如果机器处于 ENABLED 状态，则使用线程安全方法将状态更改为 WASHING。另一方面，如果它已经在洗涤，并且任何其他线程执行wash，它将不会执行该操作，并返回而不执行任何操作。

以下是 WashingMachine 类中相关的部分。


@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());
    }
}

以下是 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.

何时在 Java 中使用 Balking 模式

在以下情况下使用 Balking 模式

您希望仅在对象处于特定状态时才对对象执行操作
对象通常只处于暂时容易拒绝的状态，但时间未知
在多线程应用程序中，某些操作只有在满足特定条件时才能进行，并且这些条件预计会随着时间的推移而改变，原因是外部因素或并发操作。

Java 中 Balking 模式的现实世界应用

资源池，其中只有在资源处于有效的分配状态时才能分配资源。
线程管理，其中线程只有在满足某些条件（例如任务可用性或资源锁）时才执行任务。

Balking 模式的优势和权衡

优点

在操作无法进行的情况下，减少不必要的锁获取，从而提高并发应用程序的性能。
鼓励状态管理和行为的清晰分离，从而使代码更干净。
简化了仅在某些条件下才能执行的操作的处理，而无需在调用者代码中添加状态检查。

权衡

可能会通过隐藏操作被执行或忽略的条件而引入复杂性，这可能会使系统更难调试和理解。
如果状态更改未被正确监控，或者拒绝条件过于严格，可能会导致错过机会或操作。

双重检查锁定：确保初始化仅在必要时发生，并避免不必要的锁定，这与 Balking 在基于对象状态有条件地执行逻辑方面相关。
受保护的挂起：在确保操作仅在对象处于特定状态时才执行方面类似，但通常涉及等待直到状态有效。
状态：状态模式可以与 Balking 一起使用来管理对象的状态和转换。