java延迟任务解决方案（Java延迟加载的最佳实践应用示例）(1)

作者 | S.L

来源 | http://r6d.cn/abGzy

代码中的很多操作都是Eager的，比如在发生方法调用的时候，参数会立即被求值。总体而言，使用Eager方式让编码本身更加简单，然而使用Lazy的方式通常而言，即意味着更好的效率。

延迟初始化

一般有几种延迟初始化的场景：

  • 对于会消耗较多资源的对象：这不仅能够节省一些资源，同时也能够加快对象的创建速度，从而从整体上提升性能。
  • 某些数据在启动时无法获取：比如一些上下文信息可能在其他拦截器或处理中才能被设置，导致当前bean在加载的时候可能获取不到对应的变量的值，使用 延迟初始化可以在真正调用的时候去获取，通过延迟来保证数据的有效性。

在Java8中引入的lambda对于我们实现延迟操作提供很大的便捷性，如Stream、Supplier等，下面介绍几个例子。

LambdaSupplier

通过调用get()方法来实现具体对象的计算和生成并返回，而不是在定义Supplier的时候计算，从而达到了延迟初始化的目的。但是在使用 中往往需要考虑并发的问题，即防止多次被实例化，就像Spring的@Lazy注解一样。

publicclassHolder{ //默认第一次调用heavy.get()时触发的同步方法 privateSupplier<Heavy>heavy=()->createAndCacheHeavy(); publicHolder(){ System.out.println("Holdercreated"); } publicHeavygetHeavy(){ //第一次调用后heavy已经指向了新的instance，所以后续不再执行synchronized returnheavy.get(); } //... privatesynchronizedHeavycreateAndCacheHeavy(){ //方法内定义class，注意和类内的嵌套class在加载时的区别 classHeavyFactoryimplementsSupplier<Heavy>{ //饥渴初始化 privatefinalHeavyheavyInstance=newHeavy(); publicHeavyget(){ //每次返回固定的值 returnheavyInstance; } } //第一次调用方法来会将heavy重定向到新的Supplier实例 if(!HeavyFactory.class.isInstance(heavy)){ heavy=newHeavyFactory(); } returnheavy.get(); } }

当Holder的实例被创建时，其中的Heavy实例还没有被创建。下面我们假设有三个线程会调用getHeavy方法，其中前两个线程会同时调用，而第三个线程会在稍晚的时候调用。

当前两个线程调用该方法的时候，都会调用到createAndCacheHeavy方法，由于这个方法是同步的。因此第一个线程进入方法体，第二个线程开始等待。在方法体中会首先判断当前的heavy是否是HeavyInstance的一个实例。如果不是，就会将heavy对象替换成HeavyFactory类型的实例。显然，第一个线程执行判断的时候，heavy对象还只是一个Supplier的实例，所以heavy会被替换成为HeavyFactory的实例，此时heavy实例会被真正的实例化。等到第二个线程进入执行该方法时，heavy已经是HeavyFactory的一个实例了，所以会立即返回（即heavyInstance）。当第三个线程执行getHeavy方法时，由于此时的heavy对象已经是HeavyFactory的实例了，因此它会直接返回需要的实例（即heavyInstance），和同步方法createAndCacheHeavy没有任何关系了。

以上代码实际上实现了一个轻量级的虚拟代理模式(Virtual Proxy Pattern)。保证了懒加载在各种环境下的正确性。

还有一种基于delegate的实现方式更好理解一些(github)：

importjava.util.concurrent.ConcurrentHashMap; importjava.util.concurrent.ConcurrentMap; importjava.util.function.Supplier; publicclassMemoizeSupplier<T>implementsSupplier<T>{ finalSupplier<T>delegate; ConcurrentMap<Class<?>,T>map=newConcurrentHashMap<>(1); publicMemoizeSupplier(Supplier<T>delegate){ this.delegate=delegate; } @Override publicTget(){ //利用computeIfAbsent方法的特性，保证只会在key不存在的时候调用一次实例化方法，进而实现单例 returnthis.map.computeIfAbsent(MemoizeSupplier.class, k->this.delegate.get()); } publicstatic<T>Supplier<T>of(Supplier<T>provider){ returnnewMemoizeSupplier<>(provider); } }

以及一个更复杂但功能更多的CloseableSupplier：

publicstaticclassCloseableSupplier<T>implementsSupplier<T>,Serializable{ privatestaticfinallongserialVersionUID=0L; privatefinalSupplier<T>delegate; privatefinalbooleanresetAfterClose; privatevolatiletransientbooleaninitialized; privatetransientTvalue; privateCloseableSupplier(Supplier<T>delegate,booleanresetAfterClose){ this.delegate=delegate; this.resetAfterClose=resetAfterClose; } publicTget(){ //经典Singleton实现 if(!(this.initialized)){//注意是volatile修饰的，保证happens-before，t一定实例化完全 synchronized(this){ if(!(this.initialized)){//DoubleLockCheck Tt=this.delegate.get(); this.value=t; this.initialized=true; returnt; } } } //初始化后就直接读取值，不再同步抢锁 returnthis.value; } publicbooleanisInitialized(){ returninitialized; } public<XextendsThrowable>voidifPresent(ThrowableConsumer<T,X>consumer)throwsX{ synchronized(this){ if(initialized&&this.value!=null){ consumer.accept(this.value); } } } public<U>Optional<U>map(Function<?superT,?extendsU>mapper){ checkNotNull(mapper); synchronized(this){ if(initialized&&this.value!=null){ returnofNullable(mapper.apply(value)); }else{ returnempty(); } } } publicvoidtryClose(){ tryClose(i->{}); } public<XextendsThrowable>voidtryClose(ThrowableConsumer<T,X>close)throwsX{ synchronized(this){ if(initialized){ close.accept(value); if(resetAfterClose){ this.value=null; initialized=false; } } } } publicStringtoString(){ if(initialized){ return"MoreSuppliers.lazy(" get() ")"; }else{ return"MoreSuppliers.lazy(" this.delegate ")"; } } }

Stream

Stream中的各种方法分为两类：

  • 中间方法(limit()/iterate()/filter()/map())
  • 结束方法(collect()/findFirst()/findAny()/count())

前者的调用并不会立即执行，只有结束方法被调用后才会依次从前往后触发整个调用链条。但是需要注意，对于集合来说，是每一个元素依次按照处理链条执行到位，而不是每一个中间方法都将所有能处理的元素全部处理一遍才触发 下一个中间方法。比如：

List<String>names=Arrays.asList("Brad","Kate","Kim","Jack","Joe","Mike"); finalStringfirstNameWith3Letters=names.stream() .filter(name->length(name)==3) .map(name->toUpper(name)) .findFirst() .get(); System.out.println(firstNameWith3Letters);

当触发findFirst()这一结束方法的时候才会触发整个Stream链条，每个元素依次经过filter()->map()->findFirst()后返回。所以filter()先处理第一个和第二个后不符合条件，继续处理第三个符合条件，再触发map()方法，最后将转换的结果返回给findFirst()。所以filter()触发了3次，map()触发了1次。

好，让我们来看一个实际问题，关于无限集合。

Stream类型的一个特点是：它们可以是无限的。这一点和集合类型不一样，在Java中的集合类型必须是有限的。Stream之所以可以是无限的也是源于Stream「懒」的这一特点。

Stream只会返回你需要的元素，而不会一次性地将整个无限集合返回给你。

Stream接口中有一个静态方法iterate()，这个方法能够为你创建一个无限的Stream对象。它需要接受两个参数：

public static Stream iterate(final T seed, final UnaryOperator f)

其中，seed表示的是这个无限序列的起点，而UnaryOperator则表示的是如何根据前一个元素来得到下一个元素，比如序列中的第二个元素可以这样决定：f.apply(seed)。

下面是一个计算从某个数字开始并依次返回后面count个素数的例子：

publicclassPrimes{ publicstaticbooleanisPrime(finalintnumber){ returnnumber>1&& //依次从2到number的平方根判断number是否可以整除该值，即divisor IntStream.rangeClosed(2,(int)Math.sqrt(number)) .noneMatch(divisor->number%divisor==0); } privatestaticintprimeAfter(finalintnumber){ if(isPrime(number 1))//如果当前的数的下一个数是素数，则直接返回该值 returnnumber 1; else//否则继续从下一个数据的后面继续找到第一个素数返回，递归 returnprimeAfter(number 1); } publicstaticList<Integer>primes(finalintfromNumber,finalintcount){ returnStream.iterate(primeAfter(fromNumber-1),Primes::primeAfter) .limit(count) .collect(Collectors.<Integer>toList()); } //... }

对于iterate和limit，它们只是中间操作，得到的对象仍然是Stream类型。对于collect方法，它是一个结束操作，会触发中间操作来得到需要的结果。

如果用非Stream的方式需要面临两个问题：

  • 一是无法提前知晓fromNumber后count个素数的数值边界是什么
  • 二是无法使用有限的集合来表示计算范围，无法计算超大的数值

即不知道第一个素数的位置在哪儿，需要提前计算出来第一个素数，然后用while来处理count以查找后续的素数。可能primes方法的实现会拆成两部分，实现复杂。如果用Stream来实现，流式的处理，无限迭代，指定截止条件，内部的一套机制可以保证实现和执行都很优雅。

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