《Java与模式》学习笔记——序列键生成器与单例及多例模式

Posted 2021-05-23 brooksychen

在一个关系数据库中，所有的数据都是存储在表里，而每一个表都有一个主键（Primary Key）。对大多数的用户输入数据来讲，主键需要由系统以序列号方式产生。比如一个餐馆的贩卖系统需要一个序列号给每天开出去的卖单编号，这个序列号码就应当存放到数据库里面。每当发出序列号码的时候，都应当从数据库读取这个号码，并更新这个号码。

 

为了保证在任何情况下键值都不会出现重复，应当使用预定式键值存储办法。在请求一个键值时，首先将数据库中的键值更新为下一个可用值，然后将旧值提供给客户端。这样万一出现运行中断的话，最多就是这个键值被浪费掉。

 

与此相对的是记录式键值存储办法。也就是说，键值首先被返还给客户端，然后记录到数据库中去。这样做缺点明显，因此不要使用这种登记式的存储办法。

 

预定式的存储办法可以每一次预定多个键值（也即一个键值区间），而不是每一次仅仅预定一个值。由于这些值都是一些序列数值，因此，所谓一次预定多个值，不过就是每次更新键值时将键值增加一个大于1的数目。

 

这个序列键管理器可以设计成一个单例类。

 

下面从一个最简单的情况出发，逐渐将问题的复杂性提高，直到给出具有实用价值的解决方案为止。

 

方案一：没有数据库的情况

 

package  com.javapatterns.keygen.ver1;

public   class  KeyGenerator  ... {
    private static KeyGenerator keygen = new KeyGenerator();
    private int key = 1000;

    private KeyGenerator() ...{}

    public static KeyGenerator getInstance() ...{
        return keygen;
    }

    public synchronized int getNextKey() ...{
        return key++;
    }
}

 

package  com.javapatterns.keygen.ver1;

public   class  Client  ... {
    private static KeyGenerator keygen;

    public static void main(String[] args) ...{
        keygen = KeyGenerator.getInstance();
        System.out.println("key = " + keygen.getNextKey());
        System.out.println("key = " + keygen.getNextKey());
        System.out.println("key = " + keygen.getNextKey());
    }
}

 

这一设计基本上实现了向客户端提供键值的功能，但是也有明显的缺点。由于没有数据库的存储，一旦系统重新启动，KeyGenerator都会重新初始化，这就会造成键值的重复。为了避免这一点，就必须将每次的键值存储起来，以便一旦系统和重启时，可以将这个键值取出，并在这个值的基础上重新开始。

 

方案二：有数据库的情况

 

package  com.javapatterns.keygen.ver2;

public   class  KeyGenerator  ... {
    private static KeyGenerator keygen = new KeyGenerator();

    private KeyGenerator() ...{}

    public static KeyGenerator getInstance() ...{
        return keygen;
    }

    public synchronized int getNextKey() ...{
        return getNextKeyFromDB();
    }

    private int getNextKeyFromDB() ...{
        String sql1 = "UPDATE KeyTable SET keyValue = keyValue + 1 ";
        String sql2 = "SELECT keyValue FROM KeyTable";
        //execute the update SQL
        //run the SELECT query
        //这里只是示意性地返回一个数值
        return 1000;
    }
}

 

Client类的代码与方案一类似，不再重复。

 

在接到客户端的请求时，这个KeyGenerator每次都向数据库查询键值，将新的键值登记到表里，然后将查询的结果返还给客户端。上面的代码中，只给出了SQL语句，为了将注意力集中在系统设计上而并没有给出执行这两行语句的JDBC代码。

 

方案三：键值的缓存方案

 

每一次都进行键值的查询，有必要吗？毕竟一个键的值只是一些序列号码，与其每接到一次请求就查询一次，然后向客户端提供这一个值，不如在一次查询中一次性地预先登记多个键值，然后连续多次地向客户端提供这些预订的键值。这样一来，不是节省了大部分不必要的数据库查询操作吗？

 

这就是键值的缓存机制。当KeyGenerator每次更新数据库中的键值时，它都将键值增加。与方案二不同之处是，键值的增加值不是1而是更多。下面的例子中，键值的增加值是20.为了存储所有的与键有关的信息，特地引进一个KeyInfo类，这个类除了存储与键有关的信息外，还提供了一个retrieveFromDB()方法，向数据库查询键值。

 

package  com.javapatterns.keygen.ver3;

public   class  KeyGenerator  ... {
    private static KeyGenerator keygen = new KeyGenerator();
    private static final int POOL_SIZE = 20;
    private KeyInfo key ;

    private KeyGenerator() ...{
        key = new KeyInfo(POOL_SIZE);
    }

    public static KeyGenerator getInstance() ...{
        return keygen;
    }

    public int getNextKey() ...{
        return key.getNextKey();
    }
}

 

package  com.javapatterns.keygen.ver3;

class  KeyInfo  ... {
    private int keyMax;
    private int keyMin;
    private int nextKey;
    private int poolSize;

    public KeyInfo(int poolSize) ...{
        this.poolSize = poolSize;
        retrieveFromDB();
    }

    public int getKeyMax() ...{
        return keyMax;
    }

    public int getKeyMin() ...{
        return keyMin;
    }

    public synchronized int getNextKey() ...{
        if (nextKey > keyMax) ...{
            retrieveFromDB();
        }
        return nextKey++;
    }

    private void retrieveFromDB() ...{
        String sql1 = "UPDATE KeyTable SET keyValue = keyValue + "
            + poolSize + " WHERE keyName = 'PO_NUMBER'";
        String sql2 = "SELECT keyValue FROM KeyTable WHERE KeyName = 'PO_NUMBER'";
        // execute the above queries in a transaction and commit it
        // assume the value returned is 1000
        int keyFromDB = 1000;
        keyMax = keyFromDB;
        keyMin = keyFromDB - poolSize + 1;
        nextKey = keyMin;
    }
}

 

package  com.javapatterns.keygen.ver3;

public   class  Client  ... {
    private static KeyGenerator keygen;

    public static void main(String[] args) ...{
        keygen = KeyGenerator.getInstance();
        for (int i = 0 ; i < 25 ; i++) ...{
            System.out.println("key(" + (i+1)
                + ")= " + keygen.getNextKey());
        }
    }
}

 

现在，这个键值生成器已经具有如下的功能：在整个系统是唯一的，能将生成的键值存储到数据库中，以便在系统重新启动时也能够继续键值的生成，而不会造成键值上的重复。

 

这本来已经足够好了，但是还有一点值得设计师考虑改进的是，一般的系统都不会只有一个键值，而是有多个键值需要生成。怎么让上面的设计适用于任意多个键值的情况呢？

 

首先，由于KeyGenerator是单例类，因此，给出多个KeyGenerator的实例并无可能，除非将之推广为多例类。

 

其次，虽然KeyGenerator是单例类，但KeyGenerator仍然可以在内部使用一个聚集管理多个键值。换言之，可以使用一个本身是单例对象的聚集对象，配合上合适的接口达到目的。

 

方案四：有缓存的多序列键生成器

 

此方案是对方案三的改进，引进了一个聚集来存储不同序列键信息的KeyInfo对象。

 

package  com.javapatterns.keygen.ver4;

import  java.util.HashMap;

public   class  KeyGenerator  ... {
    private static KeyGenerator keygen = new KeyGenerator();
    private static final int POOL_SIZE = 20;
    private HashMap keyList = new HashMap(10);

    private KeyGenerator() ...{}

    public static KeyGenerator getInstance() ...{
        return keygen;
    }

    public int getNextKey(String keyName) ...{
        KeyInfo keyinfo;
        if ( keyList.containsKey(keyName) ) ...{
            keyinfo = (KeyInfo) keyList.get(keyName);
            System.out.println("key found");
        } else ...{
            keyinfo = new KeyInfo(POOL_SIZE, keyName);
            keyList.put(keyName, keyinfo);
            System.out.println("new key created");
        }
        return keyinfo.getNextKey();
    }
}

 

package  com.javapatterns.keygen.ver4;

class  KeyInfo  ... {
    private int keyMax;
    private int keyMin;
    private int nextKey;
    private intJava Object 序列化与单例模式 [ 转载 ]

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