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4、Spring 框架AbstractApplicationContext抽象类
模板模式
1、基本介绍
- 1）模板方法模式（Template Method Pattern），又叫模板模式（Template Pattern），在一个抽象类公开定义了执行它的方法的模板。它的子类可以按需要重写方法实现，但调用将以抽象类中定义的方式进行
- 2）简单说，模板方法模式定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变一个算法的结构，就可以重定义该算法的某些特定步骤
- 3）这种类型的设计模式属于行为型模式（用于描述对象之间的通信和责任分配）。
实现方式：抽象类有一个模板方法和其他行为方法，模板方法按流程调用各行为方法（抽象或非抽象）；具体子类重写抽象的行为方法。
对原理类图的说明——即模板方法模式的角色和职责
AbstractClass抽象类中实现了模板方法，定义了算法的骨架，具体子类需要去实现其抽象方法或重写其中方法
ConcreteClass实现了抽象方法，已完成算法中特定子类的步骤
注意事项和细节
- 1）基本思想：算法只存在于一个地方，也就是在父类中，容易修改。需要修改算法时，只要修改父类的模板方法或者已经实现的某些步骤，子类就会继承这些修改
- 2）实现了最大化代码复用。父类的模板方法和已实现的某些步骤会被子类继承而直接使用
- 3）既统一了算法，也提供了很大的灵活性。父类的模板方法确保了算法的结构保持不变，同时由子类提供部分步骤的实现
- 4）不足之处：每一个不同的实现都需要一个子类实现，导致类的个数增加，使得系统更加庞大
- 5）一般模板方法都加上final关键字，防止子类重写模板方法
- 6）使用场景：当要完成在某个过程，该过程要执行一系列步骤，这一系列的步骤基本相同，但其个别步骤在实现时可能不同，通常考虑用模板方法模式来处理
2、模板模式解决豆浆制作问题
编写制作豆浆的程序，说明如下：
- 1）制作豆浆的流程选材 ----> 添加配料 ----> 浸泡 ----> 放到豆浆机打碎
- 2）通过添加不同的配料，可以制作出不同口味的豆浆
- 3）选材、浸泡和放到豆浆机打碎这几个步骤是一个模板方法，对于制作每种口味的豆浆都是一样的
- 4）请使用模板方法模式完成
说明：因为模板方法模式比较简单，很容易就想到这个方案，因此就直接使用，不再使用传统的方案来引出模板方法模式
核心代码
/** * 抽象方法 */ public abstract class SoyaMilk { /** * 模板方法，定义为final禁止覆写 */ public final void make() { System.out.println(">>>>>>豆浆制作开始<<<<<<"); useSoyBean(); addIngredients(); soak(); mash(); System.out.println(">>>>>>豆浆制作结束<<<<<<"); } // 同包可见、对其他包下的子类可见。 protected void useSoyBean() { System.out.println("Step1. 选用上好的黄豆."); } //添加原材料是抽象方法，因为不同豆浆原材料不一样 protected abstract void addIngredients(); protected void soak() { System.out.println("Step3. 对黄豆和配料进行水洗浸泡."); } protected void mash() { System.out.println("Step4. 将充分浸泡过的黄豆和配料放入豆浆机中，开始打豆浆."); } } /** * 花生豆浆 */ public class PeanutSoyaMilk extends SoyaMilk { public PeanutSoyaMilk() { System.out.println("============花生豆浆============"); } @Override protected void addIngredients() { System.out.println("Step2. 加入上好的花生."); } } /** * 红豆豆浆 */ public class RedBeanSoyaMilk extends SoyaMilk { public RedBeanSoyaMilk() { System.out.println("============红豆豆浆============"); } @Override protected void addIngredients() { System.out.println("Step2. 加入上好的红豆."); } } /** * 芝麻豆浆 */ public class SesameSoyaMilk extends SoyaMilk { public SesameSoyaMilk() { System.out.println("============芝麻豆浆============"); } @Override protected void addIngredients() { System.out.println("Step2. 加入上好的芝麻."); } }
客户端调用模板方法
SoyaMilk peanutSoyaMilk = new PeanutSoyaMilk(); peanutSoyaMilk.make(); SoyaMilk redBeanSoyaMilk = new RedBeanSoyaMilk(); redBeanSoyaMilk.make(); SoyaMilk sesameSoyaMilk = new SesameSoyaMilk(); sesameSoyaMilk.make(); /* ============花生豆浆============ >>>>>>豆浆制作开始<<<<<< Step1. 选用上好的黄豆. Step2. 加入上好的花生. Step3. 对黄豆和配料进行水洗浸泡. Step4. 将充分浸泡过的黄豆和配料放入豆浆机中，开始打豆浆. >>>>>>豆浆制作结束<<<<<< ============红豆豆浆============ >>>>>>豆浆制作开始<<<<<< Step1. 选用上好的黄豆. Step2. 加入上好的红豆. Step3. 对黄豆和配料进行水洗浸泡. Step4. 将充分浸泡过的黄豆和配料放入豆浆机中，开始打豆浆. >>>>>>豆浆制作结束<<<<<< ============芝麻豆浆============ >>>>>>豆浆制作开始<<<<<< Step1. 选用上好的黄豆. Step2. 加入上好的芝麻. Step3. 对黄豆和配料进行水洗浸泡. Step4. 将充分浸泡过的黄豆和配料放入豆浆机中，开始打豆浆. >>>>>>豆浆制作结束<<<<<< */
3、钩子方法
在模板方法模式的父类中，我们可以定义一个方法，它默认不做任何事，子类可以视情况要不要覆盖它，该方法称为“钩子”
还是用上面做豆浆的例子来讲解，比如，我们还希望制作纯豆浆，不添加任何的配料，请使用钩子方法对前面的模板方法进行改造
抽象类和具体类
//抽象模板类 public abstract class SoyaMilk { //模板方法 public final void make() { // ... //如果钩子方法决定加配料，就加配料；否则不执行加配料操作。 if (customAddIngredients()) { addIngredients(); } // ... } //钩子方法，决定是否需要添加配料。默认情况是加配料。 boolean customAddIngredients() { return true; } // ... } /** * 纯豆浆 */ public class PureSoyaMilk extends SoyaMilk { public PureSoyaMilk() { System.out.println("============纯豆浆============"); } @Override protected void addIngredients() { // 空实现即可 } @Override protected Boolean customAddIngredients() { return false; } }
客户端，测试钩子方法
SoyaMilk pureSoyaMilk = new PureSoyaMilk(); pureSoyaMilk.make(); /* ============纯豆浆============ >>>>>>豆浆制作开始<<<<<< Step1. 选用上好的黄豆. Step3. 对黄豆和配料进行水洗浸泡. Step4. 将充分浸泡过的黄豆和配料放入豆浆机中，开始打豆浆. >>>>>>豆浆制作结束<<<<<< */
4、Spring 框架AbstractApplicationContext抽象类
AbstractApplicationContext.java中有一个refresh()方法就是模板方法，它用于根据流程调用aop代理创建、bean生命周期初始化、属性注入等启动并初始化Spring应用上下文的方法。
AbstractApplicationContext抽象类是ApplicationContext接口的一种默认实现，提供了一些通用的应用上下文功能，同时也为其他具体的应用上下文实现类提供了一些可扩展的方法。
应用上下文：负责管理各种bean以及它们之间的关系，并对它们进行生命周期的管理。
// 模板方法 public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException { synchronized (this.startupShutdownMonitor) { prepareRefresh(); ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory(); prepareBeanFactory(beanFactory); try { postProcessBeanFactory(beanFactory); // 钩子方法 invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory); registerBeanPostProcessors(beanFactory); initMessageSource(); initApplicationEventMulticaster(); onRefresh(); // 钩子方法 registerListeners(); finishBeanFactoryInitialization(beanFactory); finishRefresh(); } catch (BeansException ex) { if (logger.isWarnEnabled()) { logger.warn("Exception encountered during context initialization - " + "cancelling refresh attempt: " + ex); } destroyBeans(); cancelRefresh(ex); throw ex; } finally { resetCommonCaches(); } } } protected ConfigurableListableBeanFactory obtainFreshBeanFactory() { refreshBeanFactory(); // 抽象方法 ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = getBeanFactory(); // 抽象方法 if (logger.isDebugEnabled()) { logger.debug("Bean factory for " + getDisplayName() + ": " + beanFactory); } return beanFactory; } protected void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) { } protected void onRefresh() throws BeansException { // For subclasses: do nothing by default. }
5、JUC包下的AQS抽象队列同步器
AQS是基于模板方法模式进行设计的。锁的实现类需要继承AQS并重写它指定的方法。
AQS的模板方法将“管理同步状态的逻辑”提炼出来形成标准流程，这些方法主要包括：独占式获取同步状态、独占式释放同步状态、共享式获取同步状态、共享式释放同步状态。
AQS（AbstractQueuedSynchronizer抽象队列同步器）：
AQS是实现锁或者其他同步器（用于协调线程之间对共享资源的访问）的核心框架，通过内部的状态变量和队列来实现线程的同步。ReentrantLock，ThreadPoolExecutor，CountDownLatch等都是基于AQS实现。
- 同步状态：在AQS中，volatile类型的state变量表示锁的状态，通过CAS原子操作这个状态变量来保证线程安全。
- 同步队列：在AQS中，FIFO（先入先出）队列用来管理等待锁的线程，队列每个节点记录等待线程的状态以及等待锁的条件。先入先出确保同步器的公平性，也就是先等待的线程先获得锁。
实现线程同步的原理：线程通过CAS原子性修改state变量，修改成功则获得锁，失败则插入队尾等待。
基于模板方法：AQS是基于模板方法模式进行设计的。锁的实现类需要继承AQS并重写它指定的方法。
AQS的模板方法将“管理同步状态的逻辑”提炼出来形成标准流程，这些方法主要包括：独占式获取同步状态、独占式释放同步状态、共享式获取同步状态、共享式释放同步状态。
6、应用场景：AQS
AQS是基于模板方法模式进行设计的。锁的实现类需要继承AQS并重写它指定的方法。
AQS的模板方法将“管理同步状态的逻辑”提炼出来形成标准流程，这些方法主要包括：独占式获取同步状态、独占式释放同步状态、共享式获取同步状态、共享式释放同步状态。
AQS（AbstractQueuedSynchronizer抽象队列同步器）：
AQS是一个抽象类，在JUC.locks包下，它通过内部的状态变量和同步队列来实现线程的同步（允许多个线程协作共享访问共享资源）。很多锁和同步器都是基于AQS实现的。ReentrantLock，ThreadPoolExecutor，CountDownLatch等都是基于AQS实现。
- ReentrantLock：可重入锁，同一个线程在持有锁的情况下，可以重复地获取该锁，无需等待，只需记录重入次数。能防止死锁，因为不用线程自己等待自己释放锁。是Lock接口的实现类。可以通过构造参数true或false指定公平锁或非公平锁，可以通过newCondition()方法创建多个Condition对象分组唤醒等待线程。
- 公平锁：按加锁顺序获取锁。线程竞争锁时判断AQS队列里有没有等待线程，有就加入队尾。
- 非公平锁（默认）：可能某个线程会不断获取锁，牺牲公平的情况下提高了效率。不管AQS队列里有没有等待线程，都会先尝试获取锁；如果抢占不到，再加入队尾。如果线程刚好在上个线程释放时拿到锁，就不用像公平锁那样还要阻塞等待、放队尾、唤醒，这些操作涉及到对内核的切换，对性能有影响。
- Condition对象：用于线程间通信，通过await()和signal(),signalAll()让线程等待或唤醒。通常用lock锁创建Condition对象，即lock.newCondition();
- CountDownLatch：计数器，它允许一个或多个线程等待其他线程完成操作后再执行。countDown()方法让计数器减一，await()方法阻塞当前线程直到计数器减为0。
- ThreadPoolExecutor。
state变量和等待队列：
- state变量：在AQS中，volatile类型的state变量表示锁的状态，通过CAS原子操作这个状态变量来保证线程安全。初始是0，代表没拿到锁，1代表拿到锁。
- 同步队列：在AQS中，FIFO（先入先出）队列用来管理等待锁的线程，队列每个节点记录等待锁的线程的地址、状态、等待锁的条件。先入先出确保同步器的公平性，也就是先等待的线程先获得锁。队列底层是双向链表。
实现线程同步的原理：线程通过CAS原子性修改state变量，修改成功则获得锁，失败则插入队尾等待。
基于模板方法：AQS是基于模板方法模式进行设计的。锁的实现类需要继承AQS并重写它指定的方法。
AQS的模板方法将“管理同步状态的逻辑”提炼出来形成标准流程，这些方法主要包括：独占式获取同步状态、独占式释放同步状态、共享式获取同步状态、共享式释放同步状态。
模板方法：抽象类有一个模板方法和其他行为方法，模板方法按流程调用各行为方法（抽象或非抽象）；具体子类重写抽象的行为方法。
