应用

1. 生产者与消费者模型

生产者与消费者模型---设计模式的一种

设计模式--程序员针对一些典型的应用场景所给出的一种典型的解决方案

应用场景--在有大量数据任务产生的同时需要进行任务处理的场景

如果采用单执行流解决：

1. 效率低下

2. 资源利用不一定合理（任务产生与处理在同一个线程中）

为了更快处理任务，创建了大量的线程，若时间成本主要消耗在处理中，但依然跟不上爆发性的任务产生量，就会导致有些数据来不及获取（线程都卡在任务处理过程中）

3. 耦合度比较强

如果一个任务的处理发生改变，则需要对整体代码进行查找修改重新编译

解决思想：将任务的产生与处理分离开，通过一个任务队列进行交互

生产者不管处理，只负责生产数据

总结：生产者与消费者模型针对的是大量数据产生并处理的场景，针对这种场景有以下几个优势：

1. 解耦合

2. 支持忙闲不均

3. 支持并发

数据处理过慢就会导致大量的线程一直在进行数据处理，而新产生的数据则来不及捕捉，就会丢失

实现：在生产者与消费者模型中，其实生产者与消费者就是两种不同功能角色的线程，通过线程安全的队列进行缓冲交互

生产者 与 生产者之间的关系：互斥关系--防止把数据放到队列中的同一位置

消费者 与 消费者之间的关系：互斥关系--防止两个消费之间取到同一数据

生产者 与 消费者之间的关系：同步关系+互斥关系--（满了就不能放，空了就不能取，放的时候也不能取）

封装实现一个线程安全的阻塞队列，接下来创建多个线程入队数据，多个线程出队数据处理

2.信号量

作用：实现进程或线程间的同步或互斥

本质：本质是一个计数器

操作：通过计数器对资源进行计数，通过计数实现资源获取的同步

P操作：对计数器-1，若小于0则表示没有资源，则阻塞线程

V操作：对计数器+1，唤醒一个阻塞中的线程

同步的实现：

初始化计数器为资源数量，线程A获取资源之前进行P操作；线程B产生一个资源之后进程V操作

互斥的实现：

初始化计数器为1，线程访问资源之前进行P操作，访问资源完毕之后进行V操作。（同一线程进行PV操作模拟实现加解锁操作）

信号量的条件判断，并不是通过外界条件来判断什么时候阻塞，什么时候唤醒，而是通过自身的计数器完成的。

信号量既然是个计数器，主要目的就是就是对资源进行计数，判断是否能进行获取

接口：

使用信号量实现一个线程安全的环形队列：

环形队列：通常使用数组实现，或者一块动态申请的连续空间实现

好处：不存在频繁的创建与释放空间操作，空间是一直在重复利用的

实现：

环形队列pwrite转一圈回来到头，所以要清楚是空队列还是已经满了

注意:信号量是进行资源计数实现同步的，主要是统计资源的

对生产者来说，空闲的空间就是资源

对于消费者来说，有数据的空间就是资源

因此使用信号量实现同步，只需要定义信号量统计不同角色所需要的资源数量即可

3.线程池

背景：在有大量任务需要处理的场景中，为了提高效率创建多线程来进行处理，来一个任务就创建一个线程处理，处理完毕就退出

缺点：

1. 瞬间峰值压力下，创建线程过多导致资源耗尽系统崩溃

2. 一个任务完成的时间过程：创建线程T1+处理任务T2+销毁线程T3；

如果任务处理时间短，就会发现大部分时间都浪费在线程的创建与销毁上

思想：先构建一个线程池子，有数据来了，从池子分配一个线程出来处理即可，处理完毕还回池子

实际实现：先创建固定数量的线程，以及一个线程安全的任务队列

池子中的线程，他们的工作就是不断的从任务队列中取出任务，进行处理（处理完了，没任务就阻塞等待）

优点：

1. 数据任务可以在任务队列中缓冲，并且数量都可以灵活控制，避免峰值压力下资源耗尽的风险

2. 避免了线程的频繁创建与销毁带来的时间成本

封装实现

关注点： 1.固定数量的线程 2.线程安全的任务队列

线程入口函数的工作：线程池的线程不断的从任务队列取数据进行处理

重点：不同的任务会有不同的处理 方法，线程池内的线程怎么指导什么任务用什么办法？

可以将所有的任务类型处理方法都编写在线程池入口函数中，然后根据不同任务调用不同函数，但这样耦合性太强，任务处理方法的改变会涉及到线程池的代码修改

主要代码实现：

总结：线程池就是

1. 创建有指定数量的线程

2. 创建一个线程安全的任务队列

3. 线程的入口函数功能就是不断从任务队列中取出任务，用start接口完成任务处理

4. 向外提高一个任务入队函数

4.单例模式

典型的设计模式（设计模式：针对典型场景所设计的解决方案）

单例模式的针对场景：一个类只能实例化一个对象

1. 资源角度：资源在内存中 只能有一份

2. 数据角度：如果只有一个对象，则数据无论在什么时候获取都是一致的

单例模式的实现：对象只有一个，提供一个访问接口进行访问

饿汉模式：直接将对象实例化完毕，资源申请完毕，以便用的时候随时用（空间换时间）

好处：效率最大化

缺点：程序初始化速度慢，占用内存资源多

懒汉模式：对象用的时候再去实例化，资源用到的时候再申请（一种延迟加载的思想）

好处：占用内存资源少，程序初始化速度块

缺点：需要访问一个资源的时候需要去实例化对象加载资源（第一次访问对象比较慢）

饿汉实现：

将对象设置为静态资源，这样就可以再程序的初始化阶段完成实例化

懒汉实现：

对象用的时候在去实例化