## 復雜性和代價
假設你正在做披薩,我們把從整個流程的當前步驟到下一個步驟所需的工作量,在這里一一表示為枚舉變量的一部分:
```java
// concurrent/Pizza.java import java.util.function.*;
import onjava.Nap;
public class Pizza{
public enum Step{
DOUGH(4), ROLLED(1), SAUCED(1), CHEESED(2),
TOPPED(5), BAKED(2), SLICED(1), BOXED(0);
int effort;// Needed to get to the next step
Step(int effort){
this.effort = effort;
}
Step forward(){
if (equals(BOXED)) return BOXED;
new Nap(effort * 0.1);
return values()[ordinal() + 1];
}
}
private Step step = Step.DOUGH;
private final int id;
public Pizza(int id){
this.id = id;
}
public Pizza next(){
step = step.forward();
System.out.println("Pizza " + id + ": " + step);
return this;
}
public Pizza next(Step previousStep){
if (!step.equals(previousStep))
throw new IllegalStateException("Expected " +
previousStep + " but found " + step);
return next();
}
public Pizza roll(){
return next(Step.DOUGH);
}
public Pizza sauce(){
return next(Step.ROLLED);
}
public Pizza cheese(){
return next(Step.SAUCED);
}
public Pizza toppings(){
return next(Step.CHEESED);
}
public Pizza bake(){
return next(Step.TOPPED);
}
public Pizza slice(){
return next(Step.BAKED);
}
public Pizza box(){
return next(Step.SLICED);
}
public boolean complete(){
return step.equals(Step.BOXED);
}
@Override
public String toString(){
return "Pizza" + id + ": " + (step.equals(Step.BOXED) ? "complete" : step);
}
}
```
這只算得上是一個平凡的狀態機,就像**Machina**類一樣。
制作一個披薩,當披薩餅最終被放在盒子中時,就算完成最終任務了。 如果一個人在做一個披薩餅,那么所有步驟都是線性進行的,即一個接一個地進行:
```java
// concurrent/OnePizza.java
import onjava.Timer;
public class OnePizza{
public static void main(String[] args){
Pizza za = new Pizza(0);
System.out.println(Timer.duration(() -> {
while (!za.complete()) za.next();
}));
}
}
```
輸出結果:
```
Pizza 0: ROLLED
Pizza 0: SAUCED
Pizza 0: CHEESED
Pizza 0: TOPPED
Pizza 0: BAKED
Pizza 0: SLICED
Pizza 0: BOXED
1622
```
時間以毫秒為單位,加總所有步驟的工作量,會得出與我們的期望值相符的數字。 如果你以這種方式制作了五個披薩,那么你會認為它花費的時間是原來的五倍。 但是,如果這還不夠快怎么辦? 我們可以從嘗試并行流方法開始:
```java
// concurrent/PizzaStreams.java
// import java.util.*; import java.util.stream.*;
import onjava.Timer;
public class PizzaStreams{
static final int QUANTITY = 5;
public static void main(String[] args){
Timer timer = new Timer();
IntStream.range(0, QUANTITY)
.mapToObj(Pizza::new)
.parallel()//[1]
.forEach(za -> { while(!za.complete()) za.next(); }); System.out.println(timer.duration());
}
}
```
輸出結果:
```
Pizza 2: ROLLED
Pizza 0: ROLLED
Pizza 1: ROLLED
Pizza 4: ROLLED
Pizza 3:ROLLED
Pizza 2:SAUCED
Pizza 1:SAUCED
Pizza 0:SAUCED
Pizza 4:SAUCED
Pizza 3:SAUCED
Pizza 2:CHEESED
Pizza 1:CHEESED
Pizza 0:CHEESED
Pizza 4:CHEESED
Pizza 3:CHEESED
Pizza 2:TOPPED
Pizza 1:TOPPED
Pizza 0:TOPPED
Pizza 4:TOPPED
Pizza 3:TOPPED
Pizza 2:BAKED
Pizza 1:BAKED
Pizza 0:BAKED
Pizza 4:BAKED
Pizza 3:BAKED
Pizza 2:SLICED
Pizza 1:SLICED
Pizza 0:SLICED
Pizza 4:SLICED
Pizza 3:SLICED
Pizza 2:BOXED
Pizza 1:BOXED
Pizza 0:BOXED
Pizza 4:BOXED
Pizza 3:BOXED
1739
```
現在,我們制作五個披薩的時間與制作單個披薩的時間就差不多了。 嘗試刪除標記為[1]的行后,你會發現它花費的時間是原來的五倍。 你還可以嘗試將**QUANTITY**更改為4、8、10、16和17,看看會有什么不同,并猜猜看為什么會這樣。
**PizzaStreams** 類產生的每個并行流在它的`forEach()`內完成所有工作,如果我們將其各個步驟用映射的方式一步一步處理,情況會有所不同嗎?
```java
// concurrent/PizzaParallelSteps.java
import java.util.*;
import java.util.stream.*;
import onjava.Timer;
public class PizzaParallelSteps{
static final int QUANTITY = 5;
public static void main(String[] args){
Timer timer = new Timer();
IntStream.range(0, QUANTITY)
.mapToObj(Pizza::new)
.parallel()
.map(Pizza::roll)
.map(Pizza::sauce)
.map(Pizza::cheese)
.map(Pizza::toppings)
.map(Pizza::bake)
.map(Pizza::slice)
.map(Pizza::box)
.forEach(za -> System.out.println(za));
System.out.println(timer.duration());
}
}
```
輸出結果:
```
Pizza 2: ROLLED
Pizza 0: ROLLED
Pizza 1: ROLLED
Pizza 4: ROLLED
Pizza 3: ROLLED
Pizza 1: SAUCED
Pizza 0: SAUCED
Pizza 2: SAUCED
Pizza 3: SAUCED
Pizza 4: SAUCED
Pizza 1: CHEESED
Pizza 0: CHEESED
Pizza 2: CHEESED
Pizza 3: CHEESED
Pizza 4: CHEESED
Pizza 0: TOPPED
Pizza 2: TOPPED
Pizza 1: TOPPED
Pizza 3: TOPPED
Pizza 4: TOPPED
Pizza 1: BAKED
Pizza 2: BAKED
Pizza 0: BAKED
Pizza 4: BAKED
Pizza 3: BAKED
Pizza 0: SLICED
Pizza 2: SLICED
Pizza 1: SLICED
Pizza 3: SLICED
Pizza 4: SLICED
Pizza 1: BOXED
Pizza1: complete
Pizza 2: BOXED
Pizza 0: BOXED
Pizza2: complete
Pizza0: complete
Pizza 3: BOXED
Pizza 4: BOXED
Pizza4: complete
Pizza3: complete
1738
```
答案是“否”,事后看來這并不奇怪,因為每個披薩都需要按順序執行步驟。因此,沒法通過分步執行操作來進一步提高速度,就像上文的 `PizzaParallelSteps.java` 里面展示的一樣。
我們可以使用 **CompletableFutures** 重寫這個例子:
```java
// concurrent/CompletablePizza.java
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;
import java.util.stream.*;
import onjava.Timer;
public class CompletablePizza{
static final int QUANTITY = 5;
public static CompletableFuture<Pizza> makeCF(Pizza za){
return CompletableFuture
.completedFuture(za)
.thenApplyAsync(Pizza::roll)
.thenApplyAsync(Pizza::sauce)
.thenApplyAsync(Pizza::cheese)
.thenApplyAsync(Pizza::toppings)
.thenApplyAsync(Pizza::bake)
.thenApplyAsync(Pizza::slice)
.thenApplyAsync(Pizza::box);
}
public static void show(CompletableFuture<Pizza> cf){
try{
System.out.println(cf.get());
} catch (Exception e){
throw new RuntimeException(e);
}
}
public static void main(String[] args){
Timer timer = new Timer();
List<CompletableFuture<Pizza>> pizzas =
IntStream.range(0, QUANTITY)
.mapToObj(Pizza::new)
.map(CompletablePizza::makeCF)
.collect(Collectors.toList());
System.out.println(timer.duration());
pizzas.forEach(CompletablePizza::show);
System.out.println(timer.duration());
}
}
```
輸出結果:
```
169
Pizza 0: ROLLED
Pizza 1: ROLLED
Pizza 2: ROLLED
Pizza 4: ROLLED
Pizza 3: ROLLED
Pizza 1: SAUCED
Pizza 0: SAUCED
Pizza 2: SAUCED
Pizza 4: SAUCED
Pizza 3: SAUCED
Pizza 0: CHEESED
Pizza 4: CHEESED
Pizza 1: CHEESED
Pizza 2: CHEESED
Pizza 3: CHEESED
Pizza 0: TOPPED
Pizza 4: TOPPED
Pizza 1: TOPPED
Pizza 2: TOPPED
Pizza 3: TOPPED
Pizza 0: BAKED
Pizza 4: BAKED
Pizza 1: BAKED
Pizza 3: BAKED
Pizza 2: BAKED
Pizza 0: SLICED
Pizza 4: SLICED
Pizza 1: SLICED
Pizza 3: SLICED
Pizza 2: SLICED
Pizza 4: BOXED
Pizza 0: BOXED
Pizza0: complete
Pizza 1: BOXED
Pizza1: complete
Pizza 3: BOXED
Pizza 2: BOXED
Pizza2: complete
Pizza3: complete
Pizza4: complete
1797
```
并行流和 **CompletableFutures** 是 Java 并發工具箱中最先進發達的技術。 你應該始終首先選擇其中之一。 當一個問題很容易并行處理時,或者說,很容易把數據分解成相同的、易于處理的各個部分時,使用并行流方法處理最為合適(而如果你決定不借助它而由自己完成,你就必須擼起袖子,深入研究**Spliterator**的文檔)。
而當工作的各個部分內容各不相同時,使用 **CompletableFutures** 是最好的選擇。比起面向數據,**CompletableFutures** 更像是面向任務的。
對于披薩問題,結果似乎也沒有什么不同。實際上,并行流方法看起來更簡潔,僅出于這個原因,我認為并行流作為解決問題的首次嘗試方法更具吸引力。
由于制作披薩總需要一定的時間,無論你使用哪種并發方法,你能做到的最好情況,是在制作一個披薩的相同時間內制作n個披薩。 在這里當然很容易看出來,但是當你處理更復雜的問題時,你就可能忘記這一點。 通常,在項目開始時進行粗略的計算,就能很快弄清楚最大可能的并行吞吐量,這可以防止你因為采取無用的加快運行速度的舉措而忙得團團轉。
使用 **CompletableFutures** 或許可以輕易地帶來重大收益,但是在嘗試更進一步時需要倍加小心,因為額外增加的成本和工作量會非常容易遠遠超出你之前拼命擠出的那一點點收益。
- 譯者的話
- 前言
- 簡介
- 第一章 對象的概念
- 抽象
- 接口
- 服務提供
- 封裝
- 復用
- 繼承
- "是一個"與"像是一個"的關系
- 多態
- 單繼承結構
- 集合
- 對象創建與生命周期
- 異常處理
- 本章小結
- 第二章 安裝Java和本書用例
- 編輯器
- Shell
- Java安裝
- 校驗安裝
- 安裝和運行代碼示例
- 第三章 萬物皆對象
- 對象操縱
- 對象創建
- 數據存儲
- 基本類型的存儲
- 高精度數值
- 數組的存儲
- 代碼注釋
- 對象清理
- 作用域
- 對象作用域
- 類的創建
- 類型
- 字段
- 基本類型默認值
- 方法使用
- 返回類型
- 參數列表
- 程序編寫
- 命名可見性
- 使用其他組件
- static關鍵字
- 小試牛刀
- 編譯和運行
- 編碼風格
- 本章小結
- 第四章 運算符
- 開始使用
- 優先級
- 賦值
- 方法調用中的別名現象
- 算術運算符
- 一元加減運算符
- 遞增和遞減
- 關系運算符
- 測試對象等價
- 邏輯運算符
- 短路
- 字面值常量
- 下劃線
- 指數計數法
- 位運算符
- 移位運算符
- 三元運算符
- 字符串運算符
- 常見陷阱
- 類型轉換
- 截斷和舍入
- 類型提升
- Java沒有sizeof
- 運算符總結
- 本章小結
- 第五章 控制流
- true和false
- if-else
- 迭代語句
- while
- do-while
- for
- 逗號操作符
- for-in 語法
- return
- break 和 continue
- 臭名昭著的 goto
- switch
- switch 字符串
- 本章小結
- 第六章 初始化和清理
- 利用構造器保證初始化
- 方法重載
- 區分重載方法
- 重載與基本類型
- 返回值的重載
- 無參構造器
- this關鍵字
- 在構造器中調用構造器
- static 的含義
- 垃圾回收器
- finalize()的用途
- 你必須實施清理
- 終結條件
- 垃圾回收器如何工作
- 成員初始化
- 指定初始化
- 構造器初始化
- 初始化的順序
- 靜態數據的初始化
- 顯式的靜態初始化
- 非靜態實例初始化
- 數組初始化
- 動態數組創建
- 可變參數列表
- 枚舉類型
- 本章小結
- 第七章 封裝
- 包的概念
- 代碼組織
- 創建獨一無二的包名
- 沖突
- 定制工具庫
- 使用 import 改變行為
- 使用包的忠告
- 訪問權限修飾符
- 包訪問權限
- public: 接口訪問權限
- 默認包
- private: 你無法訪問
- protected: 繼承訪問權限
- 包訪問權限 Vs Public 構造器
- 接口和實現
- 類訪問權限
- 本章小結
- 第八章 復用
- 組合語法
- 繼承語法
- 初始化基類
- 帶參數的構造函數
- 委托
- 結合組合與繼承
- 保證適當的清理
- 名稱隱藏
- 組合與繼承的選擇
- protected
- 向上轉型
- 再論組合和繼承
- final關鍵字
- final 數據
- 空白 final
- final 參數
- final 方法
- final 和 private
- final 類
- final 忠告
- 類初始化和加載
- 繼承和初始化
- 本章小結
- 第九章 多態
- 向上轉型回顧
- 忘掉對象類型
- 轉機
- 方法調用綁定
- 產生正確的行為
- 可擴展性
- 陷阱:“重寫”私有方法
- 陷阱:屬性與靜態方法
- 構造器和多態
- 構造器調用順序
- 繼承和清理
- 構造器內部多態方法的行為
- 協變返回類型
- 使用繼承設計
- 替代 vs 擴展
- 向下轉型與運行時類型信息
- 本章小結
- 第十章 接口
- 抽象類和方法
- 接口創建
- 默認方法
- 多繼承
- 接口中的靜態方法
- Instrument 作為接口
- 抽象類和接口
- 完全解耦
- 多接口結合
- 使用繼承擴展接口
- 結合接口時的命名沖突
- 接口適配
- 接口字段
- 初始化接口中的字段
- 接口嵌套
- 接口和工廠方法模式
- 本章小結
- 第十一章 內部類
- 創建內部類
- 鏈接外部類
- 使用 .this 和 .new
- 內部類與向上轉型
- 內部類方法和作用域
- 匿名內部類
- 嵌套類
- 接口內部的類
- 從多層嵌套類中訪問外部類的成員
- 為什么需要內部類
- 閉包與回調
- 內部類與控制框架
- 繼承內部類
- 內部類可以被覆蓋么?
- 局部內部類
- 內部類標識符
- 本章小結
- 第十二章 集合
- 泛型和類型安全的集合
- 基本概念
- 添加元素組
- 集合的打印
- 迭代器Iterators
- ListIterator
- 鏈表LinkedList
- 堆棧Stack
- 集合Set
- 映射Map
- 隊列Queue
- 優先級隊列PriorityQueue
- 集合與迭代器
- for-in和迭代器
- 適配器方法慣用法
- 本章小結
- 簡單集合分類
- 第十三章 函數式編程
- 新舊對比
- Lambda表達式
- 遞歸
- 方法引用
- Runnable接口
- 未綁定的方法引用
- 構造函數引用
- 函數式接口
- 多參數函數式接口
- 缺少基本類型的函數
- 高階函數
- 閉包
- 作為閉包的內部類
- 函數組合
- 柯里化和部分求值
- 純函數式編程
- 本章小結
- 第十四章 流式編程
- 流支持
- 流創建
- 隨機數流
- int 類型的范圍
- generate()
- iterate()
- 流的建造者模式
- Arrays
- 正則表達式
- 中間操作
- 跟蹤和調試
- 流元素排序
- 移除元素
- 應用函數到元素
- 在map()中組合流
- Optional類
- 便利函數
- 創建 Optional
- Optional 對象操作
- Optional 流
- 終端操作
- 數組
- 集合
- 組合
- 匹配
- 查找
- 信息
- 數字流信息
- 本章小結
- 第十五章 異常
- 異常概念
- 基本異常
- 異常參數
- 異常捕獲
- try 語句塊
- 異常處理程序
- 終止與恢復
- 自定義異常
- 異常與記錄日志
- 異常聲明
- 捕獲所有異常
- 多重捕獲
- 棧軌跡
- 重新拋出異常
- 精準的重新拋出異常
- 異常鏈
- Java 標準異常
- 特例:RuntimeException
- 使用 finally 進行清理
- finally 用來做什么?
- 在 return 中使用 finally
- 缺憾:異常丟失
- 異常限制
- 構造器
- Try-With-Resources 用法
- 揭示細節
- 異常匹配
- 其他可選方式
- 歷史
- 觀點
- 把異常傳遞給控制臺
- 把“被檢查的異常”轉換為“不檢查的異常”
- 異常指南
- 本章小結
- 后記:Exception Bizarro World
- 第十六章 代碼校驗
- 測試
- 如果沒有測試過,它就是不能工作的
- 單元測試
- JUnit
- 測試覆蓋率的幻覺
- 前置條件
- 斷言(Assertions)
- Java 斷言語法
- Guava斷言
- 使用斷言進行契約式設計
- 檢查指令
- 前置條件
- 后置條件
- 不變性
- 放松 DbC 檢查或非嚴格的 DbC
- DbC + 單元測試
- 使用Guava前置條件
- 測試驅動開發
- 測試驅動 vs. 測試優先
- 日志
- 日志會給出正在運行的程序的各種信息
- 日志等級
- 調試
- 使用 JDB 調試
- 圖形化調試器
- 基準測試
- 微基準測試
- JMH 的引入
- 剖析和優化
- 優化準則
- 風格檢測
- 靜態錯誤分析
- 代碼重審
- 結對編程
- 重構
- 重構基石
- 持續集成
- 本章小結
- 第十七章 文件
- 文件和目錄路徑
- 選取路徑部分片段
- 路徑分析
- Paths的增減修改
- 目錄
- 文件系統
- 路徑監聽
- 文件查找
- 文件讀寫
- 本章小結
- 第十八章 字符串
- 字符串的不可變
- +的重載與StringBuilder
- 意外遞歸
- 字符串操作
- 格式化輸出
- printf()
- System.out.format()
- Formatter類
- 格式化修飾符
- Formatter轉換
- String.format()
- 一個十六進制轉儲(dump)工具
- 正則表達式
- 基礎
- 創建正則表達式
- 量詞
- CharSequence
- Pattern和Matcher
- find()
- 組(Groups)
- start()和end()
- Pattern標記
- split()
- 替換操作
- 正則表達式與 Java I/O
- 掃描輸入
- Scanner分隔符
- 用正則表達式掃描
- StringTokenizer類
- 本章小結
- 第十九章 類型信息
- 為什么需要 RTTI
- Class對象
- 類字面常量
- 泛化的Class引用
- cast()方法
- 類型轉換檢測
- 使用類字面量
- 遞歸計數
- 一個動態instanceof函數
- 注冊工廠
- 類的等價比較
- 反射:運行時類信息
- 類方法提取器
- 動態代理
- Optional類
- 標記接口
- Mock 對象和樁
- 接口和類型
- 本章小結
- 第二十章 泛型
- 簡單泛型
- 泛型接口
- 泛型方法
- 復雜模型構建
- 泛型擦除
- 補償擦除
- 邊界
- 通配符
- 問題
- 自限定的類型
- 動態類型安全
- 泛型異常
- 混型
- 潛在類型機制
- 對缺乏潛在類型機制的補償
- Java8 中的輔助潛在類型
- 總結:類型轉換真的如此之糟嗎?
- 進階閱讀
- 第二十一章 數組
- 數組特性
- 一等對象
- 返回數組
- 多維數組
- 泛型數組
- Arrays的fill方法
- Arrays的setAll方法
- 增量生成
- 隨機生成
- 泛型和基本數組
- 數組元素修改
- 數組并行
- Arrays工具類
- 數組比較
- 數組拷貝
- 流和數組
- 數組排序
- Arrays.sort()的使用
- 并行排序
- binarySearch二分查找
- parallelPrefix并行前綴
- 本章小結
- 第二十二章 枚舉
- 基本 enum 特性
- 將靜態類型導入用于 enum
- 方法添加
- 覆蓋 enum 的方法
- switch 語句中的 enum
- values 方法的神秘之處
- 實現而非繼承
- 隨機選擇
- 使用接口組織枚舉
- 使用 EnumSet 替代 Flags
- 使用 EnumMap
- 常量特定方法
- 使用 enum 的職責鏈
- 使用 enum 的狀態機
- 多路分發
- 使用 enum 分發
- 使用常量相關的方法
- 使用 EnumMap 進行分發
- 使用二維數組
- 本章小結
- 第二十三章 注解
- 基本語法
- 定義注解
- 元注解
- 編寫注解處理器
- 注解元素
- 默認值限制
- 替代方案
- 注解不支持繼承
- 實現處理器
- 使用javac處理注解
- 最簡單的處理器
- 更復雜的處理器
- 基于注解的單元測試
- 在 @Unit 中使用泛型
- 實現 @Unit
- 本章小結
- 第二十四章 并發編程
- 術語問題
- 并發的新定義
- 并發的超能力
- 并發為速度而生
- 四句格言
- 1.不要這樣做
- 2.沒有什么是真的,一切可能都有問題
- 3.它起作用,并不意味著它沒有問題
- 4.你必須仍然理解
- 殘酷的真相
- 本章其余部分
- 并行流
- 創建和運行任務
- 終止耗時任務
- CompletableFuture類
- 基本用法
- 結合 CompletableFuture
- 模擬
- 異常
- 流異常(Stream Exception)
- 檢查性異常
- 死鎖
- 構造方法非線程安全
- 復雜性和代價
- 本章小結
- 缺點
- 共享內存陷阱
- This Albatross is Big
- 其他類庫
- 考慮為并發設計的語言
- 拓展閱讀
- 第二十五章 設計模式
- 概念
- 單例模式
- 模式分類
- 構建應用程序框架
- 面向實現
- 工廠模式
- 動態工廠
- 多態工廠
- 抽象工廠
- 函數對象
- 命令模式
- 策略模式
- 責任鏈模式
- 改變接口
- 適配器模式(Adapter)
- 外觀模式(Fa?ade)
- 包(Package)作為外觀模式的變體
- 解釋器:運行時的彈性
- 回調
- 多次調度
- 模式重構
- 抽象用法
- 多次派遣
- 訪問者模式
- RTTI的優劣
- 本章小結
- 附錄:補充
- 附錄:編程指南
- 附錄:文檔注釋
- 附錄:對象傳遞和返回
- 附錄:流式IO
- 輸入流類型
- 輸出流類型
- 添加屬性和有用的接口
- 通過FilterInputStream 從 InputStream 讀取
- 通過 FilterOutputStream 向 OutputStream 寫入
- Reader和Writer
- 數據的來源和去處
- 更改流的行為
- 未發生改變的類
- RandomAccessFile類
- IO流典型用途
- 緩沖輸入文件
- 從內存輸入
- 格式化內存輸入
- 基本文件的輸出
- 文本文件輸出快捷方式
- 存儲和恢復數據
- 讀寫隨機訪問文件
- 本章小結
- 附錄:標準IO
- 附錄:新IO
- ByteBuffer
- 數據轉換
- 基本類型獲取
- 視圖緩沖區
- 字節存儲次序
- 緩沖區數據操作
- 緩沖區細節
- 內存映射文件
- 性能
- 文件鎖定
- 映射文件的部分鎖定
- 附錄:理解equals和hashCode方法
- 附錄:集合主題
- 附錄:并發底層原理
- 附錄:數據壓縮
- 附錄:對象序列化
- 附錄:靜態語言類型檢查
- 附錄:C++和Java的優良傳統
- 附錄:成為一名程序員