面试题：Java中介者模式在复杂系统中的优化应用

Question

假设你正在开发一个大型的Java分布式系统，系统中有多个子模块需要相互通信。请详细描述如何运用中介者模式来优化模块间的通信，包括如何处理高并发场景下中介者可能出现的性能瓶颈，以及如何实现中介者的负载均衡。

Answer 1

运用中介者模式优化模块间通信

1. 定义中介者接口：

   public interface Mediator {
       void sendMessage(String message, SubModule sender);
   }
   

2. 实现具体中介者：

   import java.util.HashMap;
   import java.util.Map;
   
   public class ConcreteMediator implements Mediator {
       private Map<String, SubModule> subModuleMap = new HashMap<>();
   
       public void registerSubModule(String name, SubModule subModule) {
           subModuleMap.put(name, subModule);
       }
   
       @Override
       public void sendMessage(String message, SubModule sender) {
           for (SubModule subModule : subModuleMap.values()) {
               if (subModule != sender) {
                   subModule.receiveMessage(message);
               }
           }
       }
   }
   

3. 定义子模块接口及实现：

   public abstract class SubModule {
       protected Mediator mediator;
       protected String name;
   
       public SubModule(Mediator mediator, String name) {
           this.mediator = mediator;
           this.name = name;
       }
   
       public abstract void receiveMessage(String message);
   
       public void sendMessage(String message) {
           mediator.sendMessage(message, this);
       }
   }
   
   public class ConcreteSubModule extends SubModule {
       public ConcreteSubModule(Mediator mediator, String name) {
           super(mediator, name);
       }
   
       @Override
       public void receiveMessage(String message) {
           System.out.println(name + " received message: " + message);
       }
   }
   

4. 使用示例：

   public class Main {
       public static void main(String[] args) {
           ConcreteMediator mediator = new ConcreteMediator();
           ConcreteSubModule subModule1 = new ConcreteSubModule(mediator, "SubModule1");
           ConcreteSubModule subModule2 = new ConcreteSubModule(mediator, "SubModule2");
   
           mediator.registerSubModule("SubModule1", subModule1);
           mediator.registerSubModule("SubModule2", subModule2);
   
           subModule1.sendMessage("Hello from SubModule1");
       }
   }
   

处理高并发场景下中介者的性能瓶颈

1. 线程池优化：在中介者的sendMessage方法中，使用线程池来异步处理消息发送，避免单个线程处理大量消息导致的阻塞。

   import java.util.concurrent.ExecutorService;
   import java.util.concurrent.Executors;
   
   public class ConcreteMediator implements Mediator {
       private Map<String, SubModule> subModuleMap = new HashMap<>();
       private ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
   
       public void registerSubModule(String name, SubModule subModule) {
           subModuleMap.put(name, subModule);
       }
   
       @Override
       public void sendMessage(String message, SubModule sender) {
           for (SubModule subModule : subModuleMap.values()) {
               if (subModule != sender) {
                   SubModule finalSubModule = subModule;
                   executorService.submit(() -> finalSubModule.receiveMessage(message));
               }
           }
       }
   }
   

2. 缓存优化：对于一些频繁发送或处理的消息，可以使用缓存机制，减少重复处理。例如，使用Guava Cache。

   import com.google.common.cache.Cache;
   import com.google.common.cache.CacheBuilder;
   
   public class ConcreteMediator implements Mediator {
       private Map<String, SubModule> subModuleMap = new HashMap<>();
       private Cache<String, String> messageCache = CacheBuilder.newBuilder()
             .maximumSize(1000)
             .build();
   
       public void registerSubModule(String name, SubModule subModule) {
           subModuleMap.put(name, subModule);
       }
   
       @Override
       public void sendMessage(String message, SubModule sender) {
           String cachedMessage = messageCache.getIfPresent(message);
           if (cachedMessage != null) {
               message = cachedMessage;
           }
           for (SubModule subModule : subModuleMap.values()) {
               if (subModule != sender) {
                   subModule.receiveMessage(message);
               }
           }
           messageCache.put(message, message);
       }
   }
   

实现中介者的负载均衡

1. 使用集群部署：将中介者进行集群部署，通过负载均衡器（如Nginx）将请求均匀分配到各个中介者实例上。
2. 动态负载均衡算法：在负载均衡器中使用动态负载均衡算法，如加权轮询（Weighted Round Robin），根据每个中介者实例的性能指标（如CPU使用率、内存使用率等）动态调整权重，确保请求更合理地分配。
3. 心跳检测：中介者实例定期向负载均衡器发送心跳消息，负载均衡器根据心跳情况判断中介者实例的健康状态，将不健康的实例从负载均衡池中移除，保证系统的稳定性。