一、前言
本文介绍Java多线程技术,分为五个部分:
多线程的两种实现方式——继承Thread类和实现Runnable接口;
线程同步应用:三人吃苹果;
线程同步+线程通信应用之一:生产者-消费者问题;
线程同步+线程通信应用之二:打蜡抛光问题;
线程同步+线程通信之用之三:哲学家就餐问题。
二、初识多线程
上小学的时候,语文老师让我们用"一边......,一边......"造句,比如“小明一边吃饭,一边看电视”、“妈妈一边做饭,一边和我闲谈”。那么Java程序中是否可以实现“程序一边xxx一边xxx”呢?答案是肯定,这就是Java的多线程技术
2.1 引子:小明一边玩游戏一边听音乐
实现多线程有两种常见的方式,
1、继承线程类(extends Thread):某类继承线程类之后,该类成为线程类,拥有独立的线程空间并可以执行;
2、实现Runnable接口(implements Runnable):某类实现Runnable接口后,可以实现多线程,注意它不是多线程类,只是具有多线程方法。但是可以满足我们目前的需求就够了。
值得注意的是,Java的main函数作为程序的入口,本身就是一个Main线程,我们可以将该线程作为一个游戏线程,然后只需要新建一个MusicThread类就够了。
代码:
package mypackage;
public class MainThread {
public static void main(String[] args) {
new MusicThread().start();
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("Playing ComputerGame " + i);
try {
Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class MusicThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("Listening Music " + i);
try {
Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
输出:
Playing ComputerGame 0
Listening Music 0
Playing ComputerGame 1
Listening Music 1
Playing ComputerGame 2
Listening Music 2
注意:Thread.Sleep(1000) 睡眠一秒钟是为了让多线程交替执行的效果在控制台打印出来,如果没有这句,可能出现某个线程执行完后另一个线程才开始执行,无法给读者展示多线程"一边xxx一边xxx"的效果。
2.2 实现多线程的两种方式
2.2.1 继承Thread类:扩展——小明一边玩游戏一边听音乐,还一边用QQ和小强聊天
如果要再扩展一个线程也很简单,来看代码。
代码:
package mypackage1;
public class MainThread {
public static void main(String[] args) {
new MusicThread().start();
new QQThread().start();
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("Playing ComputerGame " + i);
try {
Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class MusicThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("Listening Music " + i);
try {
Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class QQThread extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("Chating in QQ " + i);
try {
Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
输出:
Listening Music 0
Playing ComputerGame 0
Chating in QQ 0
Listening Music 1
Playing ComputerGame 1
Chating in QQ 1
Listening Music 2
Playing ComputerGame 2
Chating in QQ 2
相对上面,扩展了QQThread,用于qq聊天,可以看到,要新增一个新的线程类也是很容易的。
2.2.2 实现Runnable接口
代码:
package mypackage2;
public class MainThread {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new MusicRunnableImpl()).start();
new Thread(new QQRunnableImpl()).start();
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("Playing ComputerGame " + i);
try {
Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class MusicRunnableImpl implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("Listening Music " + i);
try {
Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class QQRunnableImpl implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("Chating in QQ " + i);
try {
Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
输出:
Playing ComputerGame 0
Chating in QQ 0
Listening Music 0
Listening Music 1
Playing ComputerGame 1
Chating in QQ 1
Listening Music 2
Chating in QQ 2
Playing ComputerGame 2
这里通过实现Runnable接口,实现多线程,是实现多线程的另一种常见方式。
2.3 实现多线程的两种方式(匿名方式)
2.3.1 继承Thread类(匿名内部类)
代码——匿名方式的Thread类:
package package3;
public class MainThread {
public static void main(String[] args) {
new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("Listening Music " + i);
try {
Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}.start();
new Thread(){
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("Chating in QQ " + i);
try {
Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}.start();
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("Playing ComputerGame " + i);
try {
Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
输出:
Listening Music 0
Playing ComputerGame 0
Chating in QQ 0
Listening Music 1
Playing ComputerGame 1
Chating in QQ 1
Listening Music 2
Playing ComputerGame 2
Chating in QQ 2
2.3.2 实现Runnable接口(匿名内部类)
代码:
package mypackage4;
public class MainThread {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("Listening Music " + i);
try {
Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("Chating in QQ " + i);
try {
Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}).start();
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("Playing ComputerGame " + i);
try {
Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
输出:
Listening Music 0
Playing ComputerGame 0
Chating in QQ 0
Playing ComputerGame 1
Chating in QQ 1
Listening Music 1
Chating in QQ 2
Playing ComputerGame 2
Listening Music 2
2.4 小结
多线程在默认的Main线程中额外添加一个或多个线程对象并执行,提供了一种将单一线程程序中无法解决的并发问题完美解决的方案,在实际项目开发中应用广泛。多线程是Java语言的又一特色。
三、线程同步
多个线程访问同一资源,如我们来讨论一下“三人吃苹果”的例子。
3.1 引子:三人吃苹果问题
上一节我们说到,实现多线程常见的有两种方式,继承Threads和实现Runnable接口,这里我们两种方式都尝试一样,先看继承Threads类:
3.1.1 继承Thread类:三人吃苹果问题
代码:
public class Test {
public static void main(String[] args) {
new Apple().start();
new Apple().start();
new Apple().start();
}
}
// 继承线程类 num 为每个Person对象的内部变量 不能共享
class Apple extends Thread {
private int num = 5;
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
if (num > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了编号为 " + (num--) + " 的苹果");
}
}
}
}
输出:
Thread-1吃了编号为 5 的苹果
Thread-2吃了编号为 5 的苹果
Thread-0吃了编号为 5 的苹果
Thread-2吃了编号为 4 的苹果
Thread-1吃了编号为 4 的苹果
Thread-2吃了编号为 3 的苹果
Thread-2吃了编号为 2 的苹果
Thread-2吃了编号为 1 的苹果
Thread-0吃了编号为 4 的苹果
Thread-1吃了编号为 3 的苹果
Thread-1吃了编号为 2 的苹果
Thread-0吃了编号为 3 的苹果
Thread-1吃了编号为 1 的苹果
Thread-0吃了编号为 2 的苹果
Thread-0吃了编号为 1 的苹果
小结:我们看到每个苹果被吃了三次,这是为什么呢?原来,我们在客户端新建三个独立的Apple类对象,每一个Apple都有一个私有的num变量,三个线程都在吃自己的苹果,然后num--。在这个过程中,苹果是独立的而不是共享的,这显然不是我们所需要的情况。
让我们尝试使用实现Runnable接口完成这个“三人吃苹果”问题。
3.1.2 实现Runnable接口:三人吃苹果问题
代码:
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Apple apple=new Apple(); //虽然三个线程 但是使用同一个apple引用
new Thread(apple,"Thread-0").start();
new Thread(apple,"Thread-1").start();
new Thread(apple,"Thread-2").start();
}
}
//实现Runnable接口 只是多线程方法 不是多线程类 所有 num变量可以让Person对象共享
class Apple implements Runnable{
private int num=5;
@Override
public void run() {
for (int i=0;i<5;i++){
if (num>0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃了编号为 "+(num--)+" 的苹果");
}
}
}
}
输出:
Thread-0吃了编号为 5 的苹果
Thread-1吃了编号为 4 的苹果
Thread-2吃了编号为 3 的苹果
Thread-0吃了编号为 2 的苹果
Thread-1吃了编号为 1 的苹果
小结:乍看之下好像没有任何问题,
从代码上来看,客户端仅新建一个Apple对象,然后将它的引用传递给三个线程对象,这样就实现了的三个线程类对苹果的共享;
从输出结果上来看,被吃掉的苹果的序号为 5 4 3 2 1 ,如何的完美,而且是被三个线程Thread-0,Thread-1,Thread-2,“三人吃苹果”的故事似乎完结了。
实则不然,这里只是因为num=5,数值太小,加上我们运气比较好,恰好获得了一次看上去完美的输出结果。程序再运行几次:
Thread-0吃了编号为 3 的苹果
Thread-0吃了编号为 2 的苹果
Thread-0吃了编号为 1 的苹果
Thread-1吃了编号为 5 的苹果
Thread-2吃了编号为 4 的苹果
咦,为什么最先吃掉了编号为3的苹果,其他苹果的顺序也变乱了,再运行一次:
Thread-0吃了编号为 4 的苹果
Thread-0吃了编号为 3 的苹果
Thread-0吃了编号为 2 的苹果
Thread-1吃了编号为 5 的苹果
Thread-2吃了编号为 5 的苹果
Thread-0吃了编号为 1 的苹果
这一次更糟糕了,不仅吃苹果的顺序变乱了,而且编号为5的苹果竟然被吃了两次
其实我们还可以让程序更乱一些:加上Thread.sleep(毫秒数)
注意:Java多线程的最常见的两种实现方式:继承Thread类和实现Runnable接口,其异同我们在这里看出来了
3.1.3 加上Thread.sleep(毫秒数)
代码:
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Apple apple=new Apple(); //虽然三个线程 但是使用同一个apple引用
new Thread(apple,"Thread-0").start();
new Thread(apple,"Thread-1").start();
new Thread(apple,"Thread-2").start();
}
}
//实现Runnable接口 只是多线程方法 不是多线程类 所有 num变量可以让Person对象共享
class Apple implements Runnable{
private int num=5;
@Override
public void run() {
for (int i=0;i<5;i++){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
if (num>0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃了编号为 "+(num--)+" 的苹果");
}
}
}
}
喔喔喔,这次更是千奇百怪的答案,基本没有一次对的,为什么会这样呢?这样解决呢?
解答:这个问题是因为多线程程序运行的随机性造成的,只要使用相应的互斥同步机制就好了。
3.2 线程同步——三人吃苹果问题解决
问题:
对于三人吃苹果问题,我们通过实现Runnable接口,三人共享5个苹果,但是出现一个苹果吃多次的情况,这不满足的业务需求。其原因是因为每个人吃苹果不是一个原子操作:即System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃了编号为 "+(num--)+" 的苹果");可以拆分为两句,如下:
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃了编号为 "+(num)+" 的苹果");
num--;
这两句不是原子操作,可以被打断。
解决:
使用Java线程同步的方式解决,线程的同步机制有三种:同步代码块、同步方法和lock锁机制
3.2.1 代码——同步代码块
代码:
//同步代码块/同步方法/lock机制
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Apple apple=new Apple(); //虽然三个线程 但是使用同一个apple引用
new Thread(apple,"Thread-0").start();
new Thread(apple,"Thread-1").start();
new Thread(apple,"Thread-2").start();
}
}
//实现Runnable接口 只是多线程方法 不是多线程类 所有 num变量可以让Person对象共享
class Apple implements Runnable{
private int num=5;
@Override
public void run() {
for (int i=0;i<5;i++){
synchronized (this) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (num>0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃了编号为 "+(num--)+" 的苹果");
}
}
}
}
}
输出:
Thread-0吃了编号为 5 的苹果
Thread-0吃了编号为 4 的苹果
Thread-0吃了编号为 3 的苹果
Thread-0吃了编号为 2 的苹果
Thread-0吃了编号为 1 的苹果
小结:即使多次运行,输出结果仍是这样有条不紊。这是为什么呢?
原来我们在代码2中的出现的问题(打印的编号顺序错乱,同一苹果被吃掉两次)均是因为某一线程运行时System.out.prinln()和num--不能同时运行,中间有间断,这一间断中,其他线程又执行了System.out.prinln和num--,才出现各种错乱问题。
特别是加入Thread.sleep()方法后,Thread.sleep System.out.prinln num-- 三者不能一起执行,各个出错只多不少。
现在,因为我们程序中加入了synchronized关键字,这是线程同步的关键字,如代码4中,synchronized关键字后面的花括号将Thread.sleep(1000)和System.out.println(num--)包裹起来,意思就是将它们打包,放在一起作为原子操作,要么两个一起执行,要么都不执行,从根本上杜绝了Thread.sleep System.out.prinln num-- 一套操作被打断的可能,所以保证了多线程的安全。
附:为什么synchronized后面有一个小括号,里面还有一个this呢?
解答:这就是同步锁对象,是同步代码块得以成功实现线程同步的必要条件,因为在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他的线程只能在外等着。
注意1: 对于非static方法,同步锁就是this;对于static方法,我们使用当前方法所在类的字节码对象(Apple.class).
注意2:Java程序运行使用任何对象作为同步监听对象,但是一般的,我们把当前并发访问的共同资源作为同步监听对象.
让我们再来看看其他两种方法:同步方法和同步代码块吧!
3.2.2 代码——同步方法
代码:
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Apple apple = new Apple(); // 虽然三个线程 但是使用同一个apple引用
new Thread(apple, "Thread-0").start();
new Thread(apple, "Thread-1").start();
new Thread(apple, "Thread-2").start();
}
}
// 实现Runnable接口 只是多线程方法 不是多线程类 所有 num变量可以让Person对象共享
class Apple implements Runnable {
private int num = 5;
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
eat();
}
}
private synchronized void eat() {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
if (num > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了编号为 " + (num--) + " 的苹果");
}
}
}
输出:
Thread-0吃了编号为 5 的苹果
Thread-0吃了编号为 4 的苹果
Thread-0吃了编号为 3 的苹果
Thread-0吃了编号为 2 的苹果
Thread-0吃了编号为 1 的苹果
小结:当我们把synchronized关键字放在方法名上,同样达到了我们多线程安全的效果。
注意1:synchronized范围越大,效率越低
注意2:synchronized 范围内的操作的原子性只对其他synchronized方法或块有用,对非synchronized方法或块没有用;即synchronized只是保证其他synchronized方法不打断当前synchronized操作,不保证其他非synchronized方法或块不打断当前synchronized操作。其实,读者担心synchronized被非synchronized打断是不是一种风险,其实不用担心,因为既然它是非synchronized,就是说明它访问变量和当前的synchronized访问的变量在业务逻辑上基本没有关系,打断就打断呗,如果业务上有逻辑关系,影响到业务了,就给非synchronized方法或块加上synchronized,就防止打断了,就是这么简单!
3.2.3 代码——lock锁机制
代码:
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Apple apple = new Apple(); // 虽然三个线程 但是使用同一个apple引用
new Thread(apple, "Thread-0").start();
new Thread(apple, "Thread-1").start();
new Thread(apple, "Thread-2").start();
}
}
// 实现Runnable接口 只是多线程方法 不是多线程类 所有 num变量可以让Person对象共享
class Apple implements Runnable {
private int num = 5;
private final Lock _lock=new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
for (int i=0;i<5;i++){
_lock.lock();
try {
Thread.sleep(1000);
if (num>0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃了编号为 "+(num--)+" 的苹果");
}
}catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
_lock.unlock();
}
}
}
}
输出:
Thread-0吃了编号为 5 的苹果
Thread-0吃了编号为 4 的苹果
Thread-0吃了编号为 3 的苹果
Thread-0吃了编号为 2 的苹果
Thread-0吃了编号为 1 的苹果
小结:使用lock机制和使用synchronized关键字达到了相同的效果,它们的原理是一样的吗?其实不是,具体的关于synchronized和lock的底层实现,笔者在其他博客中再去阐述。
3.3 小结
截至现在,我们搞懂了“三人吃苹果”问题中,三个线程访问同一资源类对象,修改其内部num变量,注意两点:
1、资源对象实现Runnable接口而不是继承Thread,因为继承Thread类新建的对象不好引用;
2、要使用相应的同步机制(同步代码块、同步方法、lock锁机制)保证线程安全,正确执行。
四、线程同步+线程通信应用之一:生产者-消费者问题
上一节,我们说到,“三人吃苹果”实际上是三个线程都在消费Apple类中num属性,每消费一次,num--。
本文中加上生产者,生产线程Producer生产苹果Apple,消费线程Consumer消费苹果Apple。
4.1 实现线程通信的两种方式
4.1.1 实现方式一:生产者将生产的产品直接交给消费者消费
实现方式一代码:
//生产者
class Producer{
private Consumer con;//消费者对象
}
//消费者
class Consumer{
private Producer pro;//消费者对象
}
该代码使用双向注入,将消费者引用注入
4.1.2 实现方式二:单独设置一个共享资源类,生产者类生产的产品放入共享资源中,消费者类从共享资源中取出消费
代码:
package mypackage;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
ShareResources shareResources = new ShareResources();
new Thread(new Producer(shareResources)).start();
new Thread(new Consumer(shareResources)).start();
}
}
class Producer implements Runnable {
private ShareResources shareResources = null;
public Producer(ShareResources shareResources) {
this.shareResources = shareResources;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
if (0 == i % 2) {
shareResources.push("春哥哥", "男");
} else {
shareResources.push("凤姐", "女");
}
}
}
}
class Consumer implements Runnable {
private ShareResources shareResources = null;
public Consumer(ShareResources shareResources) {
this.shareResources = shareResources;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
shareResources.pop();
}
}
}
class ShareResources {
private String name;
private String gender;
public void push(String name, String gender) {
this.name = name;
try {
Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
this.gender = gender;
}
public void pop() {
System.out.print(this.name + " - ");
try {
Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(this.gender);
}
}
输出:
春哥哥 - null
凤姐 - 男
凤姐 - 男
凤姐 - 男
春哥哥 - 女
问题(1):性别紊乱问题?
解决(1):这是因为打印的时候没有原子性操作,可以使用synchronized或lock机制解决
问题(2):“春哥哥 - 男” “凤姐 - 女” 没有按照 0==i%2 循环交替出现?
解决(2):没有实现合理的线程通信,可以使用 wait()-notifyAll() 或者 await()-signalAll() 解决
4.2 生产者-消费者问题:synchronized+标志位+wait()+notify()/notifyAll()
4.2.1 使用synchronized实现线程同步
代码:
package mypackage_synchronized实现线程同步;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
ShareResources shareResources = new ShareResources();
new Thread(new Producer(shareResources)).start();
new Thread(new Consumer(shareResources)).start();
}
}
class Producer implements Runnable {
private ShareResources shareResources = null;
public Producer(ShareResources shareResources) {
this.shareResources = shareResources;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
if (0 == i % 2) {
shareResources.push("春哥哥", "男");
} else {
shareResources.push("凤姐", "女");
}
}
}
}
class Consumer implements Runnable {
private ShareResources shareResources = null;
public Consumer(ShareResources shareResources) {
this.shareResources = shareResources;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
shareResources.pop();
}
}
}
class ShareResources {
private String name;
private String gender;
public synchronized void push(String name, String gender) {
this.name = name;
try {
Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
this.gender = gender;
}
public synchronized void pop() {
System.out.print(this.name + " - ");
try {
Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println(this.gender);
}
}
输出:
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
小结:不会再出现性别紊乱问题,因为push()和pop()已经实现原子操作,但是还是没有实现0==i%2 交替打印,且看4.2.3。
4.2.3 synchronize+标志位+wait()+notifyAll() 实现线程同步与线程通信
代码:
package mypackage_synchronized_wait_notify;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
ShareResources shareResources = new ShareResources();
new Thread(new Producer(shareResources)).start();
new Thread(new Consumer(shareResources)).start();
}
}
class Producer implements Runnable {
private ShareResources shareResources = null;
public Producer(ShareResources shareResources) {
this.shareResources = shareResources;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
if (0 == i % 2) {
shareResources.push("春哥哥", "男");
} else {
shareResources.push("凤姐", "女");
}
}
}
}
class Consumer implements Runnable {
private ShareResources shareResources = null;
public Consumer(ShareResources shareResources) {
this.shareResources = shareResources;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
shareResources.pop();
}
}
}
class ShareResources {
private String name;
private String gender;
private boolean isEmpty = true;// 初始的时候资源池为空
public synchronized void push(String name, String gender) {
try {
while (!isEmpty) { // 资源池非空状态下 push要一直等待
wait();
}
this.name = name;
Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
this.gender = gender;
isEmpty = false; // 资源池不为空了,修改标志位的值
notifyAll(); // notify()唤醒一个,notifyAll()唤醒所有,本程序中只有一个生产者和消费者对象,所以notify()和notifyAll()是一样的
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public synchronized void pop() {
try {
while (isEmpty) { // 当资源池为空时,pop()方法一直等待
wait();
}
System.out.print(this.name + " - ");
Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
System.out.println(this.gender);
isEmpty = true; // 资源被消费掉,资源池为空,重新设置标志位
notifyAll();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
输出:
春哥哥 - 男
凤姐 - 女
春哥哥 - 男
凤姐 - 女
春哥哥 - 男
小结:synchronize+标志位+wait()+notifyAll() 实现线程同步与线程通信,解决好了生产者与消费者问题。我们可以尝试使用lock+标志位+await()+signalAll() 再实现一次,即更换一种方式实现生产者消费者问题,且看4.3.1 和4.3.2 。
4.3 生产者-消费者问题:lock+标志位+await()+signal()/signalAll()
4.3.1 使用lock实现线程同步
代码:
package mypackage_lock机制实现线程同步;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
ShareResources shareResources = new ShareResources();
new Thread(new Producer(shareResources)).start();
new Thread(new Consumer(shareResources)).start();
}
}
class Producer implements Runnable {
private ShareResources shareResources = null;
public Producer(ShareResources shareResources) {
this.shareResources = shareResources;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
if (0 == i % 2) {
shareResources.push("春哥哥", "男");
} else {
shareResources.push("凤姐", "女");
}
}
}
}
class Consumer implements Runnable {
private ShareResources shareResources = null;
public Consumer(ShareResources shareResources) {
this.shareResources = shareResources;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
shareResources.pop();
}
}
}
class ShareResources {
private String name;
private String gender;
private final Lock lock = new ReentrantLock();
public void push(String name, String gender) {
lock.lock();
try {
this.name = name;
Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
this.gender = gender;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void pop() {
lock.lock();
try {
System.out.print(this.name + " - ");
Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
System.out.println(this.gender);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
输出:
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
小结:不会再出现性别紊乱问题,因为push()和pop()已经实现原子操作,但是还是没有实现0==i%2 交替打印,且看4.3.2 。
4.3.2 lock+标志位+await()+signalAll() 实现线程同步与线程通信
代码:
package mypackage_lock_await_signal;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
ShareResources shareResources = new ShareResources();
new Thread(new Producer(shareResources)).start();
new Thread(new Consumer(shareResources)).start();
}
}
class Producer implements Runnable {
private ShareResources shareResources = null;
public Producer(ShareResources shareResources) {
this.shareResources = shareResources;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
if (0 == i % 2) {
shareResources.push("春哥哥", "男");
} else {
shareResources.push("凤姐", "女");
}
}
}
}
class Consumer implements Runnable {
private ShareResources shareResources = null;
public Consumer(ShareResources shareResources) {
this.shareResources = shareResources;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
shareResources.pop();
}
}
}
class ShareResources {
private String name;
private String gender;
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition condition = lock.newCondition();
private boolean isEmpty = true;// 初始的时候资源池为空
public void push(String name, String gender) {
lock.lock();
try {
while (!isEmpty) { // 资源池非空状态下 push要一直等待
condition.await();
}
this.name = name;
Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
this.gender = gender;
isEmpty = false; // 资源池不为空了,修改标志位的值
condition.signalAll(); // notify()唤醒一个,notifyAll()唤醒所有,本程序中只有一个生产者和消费者对象,所以notify()和notifyAll()是一样的
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void pop() {
lock.lock();
try {
while (isEmpty) { // 当资源池为空时,pop()方法一直等待
condition.await();
}
System.out.print(this.name + " - ");
Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
System.out.println(this.gender);
isEmpty = true; // 资源被消费掉,资源池为空,重新设置标志位
condition.signalAll();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
输出:
春哥哥 - 男
凤姐 - 女
春哥哥 - 男
凤姐 - 女
春哥哥 - 男
小结:lock+标志位+await()+signalAll() 实现线程同步与线程通信,解决好了生产者与消费者问题
附: 其实我们只要用标志位(如上boolean isEmpty)控制,就可以控制线程的通信了,为什么还要加上wait()-notify()/notifyAll()或者lock+await()+signal()/signalAll()这样的东西呢?
代码a:
while (!isEmpty) { wait(); }
代码b:
while (!isEmpty);
从逻辑上讲,代码a和代码b是一样的,都是在等待isEmpty=true,才能跳出循环,区别在于代码a执行了wait()/condition.await()函数,这个函数使当前线程处于waiting()等待状态,JVM把当前线程存在对象等待池中,不占用cpu,不消耗系统资源;如果向代码b,当前线程处于running运行状态,占用Cpu,消耗系统资源。因为代码b使线程无论运行还是等待都处于running运行状态,过多的消耗系统资源,不利于程序执行;故我们的程序都写成的代码a的形式,线程通信中线程等待时,处于waiting状态,当然后果是要加上配套的notify()/notifyAll()或者condition.signal()/condition.signalAll()方法。
4.4 生产者-消费者问题:小结
从“生产者消费者问题”中,我们同时学习到线程同步和线程通信的知识,我们来总结一下,处理方式有两种,如下表:
线程同步 | 线程通信 | |
---|---|---|
作用/用途 | 保证原子性操作 | 保证线程间执行顺序 |
组合:synchronized+标志位+wait()+notify()/notifyAll() | synchronized | 标志位+wait()+notify()/notifyAll() |
组合:lock+标志位+await()+signal()/signalAll() | lock机制 | 标志位+await()+signal()/signalAll() |
五、线程同步+线程通信应用之二:打蜡抛光问题
延续上一篇文章的生产者-消费者问题,为了让读者更好的理解“线程同步+线程通信”,本节再给出一个类似的线程同步+线程通信问题——打蜡抛光问题。
需求:汽车有“轿车”和“SUV”两种,都是“打蜡-抛光”反复操作,且看代码。
5.1 引子:打蜡抛光问题
代码——打蜡抛光问题:
package mypackage;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Car car = new Car();
new Thread(new WaxOn(car)).start();
new Thread(new WaxOff(car)).start();
}
}
// 共享资源类
class Car {
public void waxed(String name) { // 打蜡函数
try {
System.out.print(name + " - ");
Thread.sleep(10);
System.out.println("Wax On");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void buffed(String name) { // 抛光函数
try {
System.out.print(name + " - ");
Thread.sleep(10);
System.out.println("Wax Off");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
// 打蜡类 生产者类
class WaxOn implements Runnable {
private Car car;
public WaxOn(Car car) {
this.car = car;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
if (0 == i % 2) {
car.waxed("小轿车");
} else {
car.waxed("SUV");
}
}
}
}
// 抛光类 消费者类
class WaxOff implements Runnable {
private Car car;
public WaxOff(Car car) {
this.car = car;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
if (0 == i % 2) {
car.buffed("小轿车");
} else {
car.buffed("SUV");
}
}
}
}
输出:
小轿车 - 小轿车 - Wax Off
Wax On
SUV - SUV - Wax Off
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
Wax On
SUV - SUV - Wax Off
Wax On
小轿车 - 小轿车 - Wax Off
Wax On
小结:出现两个问题,既没有实现 车型和 Wax 的对齐打印,也没有实现 0==i%2 的WaxOn和WaxOff交替打印,既没有实现线程同步,也没有实现线程通信,我们使用synchronized+标志位+wait()+notify()/notifyAll() 和 lock+标志位+await()+signal()/signalAll() 组合来解决这个问题,且看 5.2 5.3。
5.2 打蜡抛光问题:synchronized+标志位+wait()+notify()/notifyAll()
5.2.1 synchronized实现线程同步
代码:
package mypackage_synchronized;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Car car = new Car();
new Thread(new WaxOn(car)).start();
new Thread(new WaxOff(car)).start();
}
}
// 共享资源类
class Car {
public synchronized void waxed(String name) { // 打蜡函数
try {
System.out.print(name + " - ");
Thread.sleep(10);
System.out.println("Wax On");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public synchronized void buffed(String name) { // 抛光函数
try {
System.out.print(name + " - ");
Thread.sleep(10);
System.out.println("Wax Off");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
// 打蜡类 生产者类
class WaxOn implements Runnable {
private Car car;
public WaxOn(Car car) {
this.car = car;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
if (0 == i % 2) {
car.waxed("小轿车");
} else {
car.waxed("SUV");
}
}
}
}
// 抛光类 消费者类
class WaxOff implements Runnable {
private Car car;
public WaxOff(Car car) {
this.car = car;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
if (0 == i % 2) {
car.buffed("小轿车");
} else {
car.buffed("SUV");
}
}
}
}
输出:
小轿车 - Wax On
SUV - Wax On
小轿车 - Wax On
SUV - Wax On
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax Off
小结:synchronized实现线程同步,原子性打印,所以 车型 和 Wax 对齐打印实现了,但是没有实现 线程通信,WaxOn和WaxOff交替打印,且看5.2.2 。
5.2.2 synchronize+标志位+wait()+notifyAll() 实现线程同步与线程通信
代码:
package mypackage_synchronized_wait_notify;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Car car = new Car();
new Thread(new WaxOn(car)).start();
new Thread(new WaxOff(car)).start();
}
}
// 共享资源类
class Car {
private boolean waxOn = false;// 初始为未打蜡 线程通信控制变量
public synchronized void waxed(String name) { // 打蜡函数
try {
while (waxOn == true) // 当未抛光的时候 ,不断等待,直到抛光完成,结束等待,退出函数
wait();
System.out.print(name + " - ");
Thread.sleep(10);
System.out.println("Wax On");
waxOn = true;
notifyAll();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public synchronized void buffed(String name) { // 抛光函数
try {
while (waxOn == false) // 当未打蜡的时候 ,不断等待,直到打蜡完成,结束等待,退出函数
wait();
System.out.print(name + " - ");
Thread.sleep(10);
System.out.println("Wax Off");
waxOn = false;
notifyAll();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
// 打蜡类 生产者类
class WaxOn implements Runnable {
private Car car;
public WaxOn(Car car) {
this.car = car;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
if (0 == i % 2) {
car.waxed("小轿车");
} else {
car.waxed("SUV");
}
}
}
}
// 抛光类 消费者类
class WaxOff implements Runnable {
private Car car;
public WaxOff(Car car) {
this.car = car;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
if (0 == i % 2) {
car.buffed("小轿车");
} else {
car.buffed("SUV");
}
}
}
}
输出:
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax On
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax On
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
小结:synchronize+wait()+notifyAll() 实现线程同步与线程通信,解决好了“汽车打蜡抛光”问题。我们可以尝试使用lock+await()+signalAll() 再实现一次,即更换一种方式实现“汽车打蜡抛光”问题,且看5.3.1 5.3.2。
5.3 打蜡抛光问题:lock+标志位+await()+signal()/signalAll()
5.3.1 使用lock实现线程同步
代码:
package mypackage_lock;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Car car = new Car();
new Thread(new WaxOn(car)).start();
new Thread(new WaxOff(car)).start();
}
}
// 共享资源类
class Car {
private final Lock lock = new ReentrantLock();
public void waxed(String name) { // 打蜡函数
lock.lock();
try {
System.out.print(name + " - ");
Thread.sleep(10);
System.out.println("Wax On");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void buffed(String name) { // 抛光函数
lock.lock();
try {
System.out.print(name + " - ");
Thread.sleep(10);
System.out.println("Wax Off");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
// 打蜡类 生产者类
class WaxOn implements Runnable {
private Car car;
public WaxOn(Car car) {
this.car = car;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
if (0 == i % 2) {
car.waxed("小轿车");
} else {
car.waxed("SUV");
}
}
}
}
// 抛光类 消费者类
class WaxOff implements Runnable {
private Car car;
public WaxOff(Car car) {
this.car = car;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
if (0 == i % 2) {
car.buffed("小轿车");
} else {
car.buffed("SUV");
}
}
}
}
输出:
小轿车 - Wax On
SUV - Wax On
小轿车 - Wax On
SUV - Wax On
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax Off
小结:不会再出现车型---Wax对齐不上问题,因为waxed()和buffed()已经实现原子操作,但是还是没有实现0==i%2 交替打印,且看5.3.2 。
5.3.2 lock+标志位+await()+signalAll() 实现线程同步与线程通信
代码:
package mypackage_lock_await_signal;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Car car = new Car();
new Thread(new WaxOn(car)).start();
new Thread(new WaxOff(car)).start();
}
}
// 共享资源类
class Car {
private boolean waxOn = false;// 初始为未打蜡 线程通信控制变量
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition condition = lock.newCondition();
public void waxed(String name) { // 打蜡函数
lock.lock();
try {
while (waxOn == true) // 当未抛光的时候 ,不断等待,直到抛光完成,结束等待,退出函数
condition.await();
System.out.print(name + " - ");
Thread.sleep(10);
System.out.println("Wax On");
waxOn = true;
condition.signalAll();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void buffed(String name) { // 抛光函数
lock.lock();
try {
while (waxOn == false) // 当未打蜡的时候 ,不断等待,直到打蜡完成,结束等待,退出函数
condition.await();
System.out.print(name + " - ");
Thread.sleep(10);
System.out.println("Wax Off");
waxOn = false;
condition.signalAll();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
// 打蜡类 生产者类
class WaxOn implements Runnable {
private Car car;
public WaxOn(Car car) {
this.car = car;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
if (0 == i % 2) {
car.waxed("小轿车");
} else {
car.waxed("SUV");
}
}
}
}
// 抛光类 消费者类
class WaxOff implements Runnable {
private Car car;
public WaxOff(Car car) {
this.car = car;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
if (0 == i % 2) {
car.buffed("小轿车");
} else {
car.buffed("SUV");
}
}
}
}
输出5:
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax On
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax On
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
小结:lock+await()+signalAll() 实现线程同步与线程通信,解决好了“汽车打蜡抛光”问题
5.4 打蜡抛光问题:小结
本文的“打蜡抛光”问题和“生产者--消费者”问题非常相似,或者可以说是同一问题,即使用synchronized+标志位+wait()+notify()/notifyAll()或者lock+标志位+await()+signal()/signalAll(),实现线程同步+线程通信。
六、线程同步+线程通信应用之三:哲学家就餐问题
6.1 从死锁问题到哲学家就餐问题
6.1.1 死锁问题
(1)死锁定义:死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中,由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。
(2)死锁问题的四个条件:
互斥使用,即当资源被一个线程使用(占有)时,别的线程不能使用
不可抢占,资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源,资源只能由资源占有者主动释放。
请求和保持,即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有。
循环等待,即存在一个等待队列:P1占有P2的资源,P2占有P3的资源,P3占有P1的资源。这样就形成了一个等待环路。
注意:这四个条件是死锁的必要条件,只要系统发生死锁,这些条件必然成立。
Java语言中,因为Java在设计时,JVM不检测也不试图避免这种情况,所以死锁无法在语言层上得到根本性解决,只能由程序员每次写程序时注意避免。
6.1.2 死锁经典问题——哲学家进餐问题
下面开始介绍死锁的经典问题——哲学家进餐问题:
有五个哲学家,他们的生活方式是交替地进行思考和进餐,哲学家们共用一张圆桌,分别坐在周围的五张椅子上,在圆桌上有五个碗和五支筷子,平时哲学家进行思考,饥饿时便试图取其左、右最靠近他的筷子,只有在他拿到两支筷子时才能进餐,该哲学家进餐完毕后,放下左右两只筷子又继续思考。
约束条件:
(1)只有拿到两只筷子时,哲学家才能吃饭。
(2)如果筷子已被别人拿走,则必须等别人吃完之后才能拿到筷子。
(3)任一哲学家在自己未拿到两只筷子吃完饭前,不会放下手中已经拿到的筷子
解决方法:
哲学家进餐问题特点:每个哲学既是消费者(拿起左右两只筷子) 又是生产者(放下左右两只筷子) (这就是哲学家就餐问题与之前的生产者-消费者问题不同之处)
只要使用synchronized 或者lock 将 "拿起左右两只筷子"和“放下左右两只筷子” 封装为原子操作,再使用 wait()--notifyAll() 或者 await()--signalAll() 实现哲学家之间(生产者消费者之间)的通信,整个问题就解决。
两种方式: synchronized+wait()+notifyAll() 和 lock+await()+signalAll()
本文给出两种哲学家进餐问题的解决方案,且看6.2 6.3。
6.2 哲学家就餐问题:synchronized+标志位+wait()+notify()/notifyAll()
代码——synchronize+wait()+notifyAll() 实现哲学家就餐问题:
package mypackage_synchronized_wati_notify;
//哲学家就餐问题 解决 每个哲学既是消费者(拿起左右两只筷子) 又是消费者(放下左右两只筷子)
//只要使用synchronized 或者lock 将 "拿起左右两只筷子"和“放下左右两只筷子” 封装为原子操作
//再使用 wait()--notifyAll() 或者 await()--signalAll() 实现哲学家之间(生产者消费者之间)的通信 整个问题就解决了
//所有两种方式 synchronized+wait()+notifyAll() 和 lock+await()+signalAll()
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Chopsticks fork = new Chopsticks();
new Thread(new Philosopher(fork)).start();
new Thread(new Philosopher(fork)).start();
new Thread(new Philosopher(fork)).start();
new Thread(new Philosopher(fork)).start();
new Thread(new Philosopher(fork)).start();
}
}
class Philosopher implements Runnable { // 既是生产者又是消费者
private Chopsticks _chopsticks;
public Philosopher(Chopsticks _chopsticks) {
this._chopsticks = _chopsticks;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
thinking();
// eating 是关键代码 eating之前要锁住筷子 eating之后释放筷子
{
_chopsticks.lockChopSticks();
eating();
_chopsticks.unlockChopSticks();
}
}
}
public void eating() {
System.out.println("Number : " + Thread.currentThread().getName() + " Eating!");
try {
Thread.sleep(1000);// 模拟吃饭,占用一段时间资源
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void thinking() {
System.out.println("Number : " + Thread.currentThread().getName() + " Thinking!");
try {
Thread.sleep(1000);// 模拟思考
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class Chopsticks {
private boolean[] _islock = { false, false, false, false, false, false };// 一共五个筷子,使用时被锁住,默认都是没有被锁住的
public synchronized void lockChopSticks() {
String name = Thread.currentThread().getName();
int i = Integer.parseInt(name.substring(name.length() - 1, name.length()));// i用于数组
while (_islock[i] || _islock[(i + 1) % 5]) {
try {
wait();// 如果左右手有一只正被使用,等待
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
_islock[i] = true;
_islock[(i + 1) % 5] = true;
}
public synchronized void unlockChopSticks() {
String name = Thread.currentThread().getName();
int i = Integer.parseInt(name.substring(name.length() - 1, name.length()));// i用于数组
_islock[i] = false;
_islock[(i + 1) % 5] = false;
notifyAll();// 唤醒其他线程
}
}
输出:
Number : Thread-1 Thinking!
Number : Thread-2 Thinking!
Number : Thread-3 Thinking!
Number : Thread-0 Thinking!
Number : Thread-4 Thinking!
Number : Thread-0 Eating!
Number : Thread-2 Eating!
Number : Thread-0 Thinking!
Number : Thread-3 Eating!
Number : Thread-1 Eating!
Number : Thread-2 Thinking!
Number : Thread-1 Thinking!
Number : Thread-2 Eating!
Number : Thread-3 Thinking!
Number : Thread-0 Eating!
小结:synchronize+标志位数组+wait()+notifyAll() 实现线程同步和线程通信,完美的解决了哲学家进餐问题,下面我们再尝试使用lock+await()+signalAll() 实现哲学家进餐问题,且看代码6.3 。
6.3 哲学家进餐问题:lock+标志位+await()+signal()/signalAll()
代码——lock+await()+signalAll() 实现哲学家就餐问题:
package mypackage_lock_await_signal;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
//哲学家就餐问题 解决 每个哲学既是消费者(拿起左右两只筷子) 又是消费者(放下左右两只筷子)
//只要使用synchronized 或者lock 将 "拿起左右两只筷子"和“放下左右两只筷子” 封装为原子操作
//再使用 wait()--notifyAll() 或者 await()--signalAll() 实现哲学家之间(生产者消费者之间)的通信 整个问题就解决了
//所有两种方式 synchronized+wait()+notifyAll() 和 lock+await()+signalAll()
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Chopsticks fork = new Chopsticks();
new Thread(new Philosopher(fork)).start();
new Thread(new Philosopher(fork)).start();
new Thread(new Philosopher(fork)).start();
new Thread(new Philosopher(fork)).start();
new Thread(new Philosopher(fork)).start();
}
}
class Philosopher implements Runnable { // 既是生产者又是消费者
private Chopsticks _chopsticks;
public Philosopher(Chopsticks _chopsticks) {
this._chopsticks = _chopsticks;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
thinking();
// eating 是关键代码 eating之前要锁住筷子 eating之后释放筷子
{
_chopsticks.lockChopSticks();
eating();
_chopsticks.unlockChopSticks();
}
}
}
public void eating() {
System.out.println("Number : " + Thread.currentThread().getName() + " Eating!");
try {
Thread.sleep(1000);// 模拟吃饭,占用一段时间资源
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void thinking() {
System.out.println("Number : " + Thread.currentThread().getName() + " Thinking!");
try {
Thread.sleep(1000);// 模拟思考
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class Chopsticks {
private final Lock lock=new ReentrantLock();
private Condition condition=lock.newCondition();
private boolean[] _islock = { false, false, false, false, false };// 一共五个筷子,使用时被锁住,默认都是没有被锁住的
public void lockChopSticks() {
lock.lock();
String name = Thread.currentThread().getName();
int i = Integer.parseInt(name.substring(name.length() - 1, name.length()));// i用于数组
while (_islock[i] || _islock[(i + 1) % 5]) {
try {
condition.await();// 如果左右手有一只正被使用,等待
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
_islock[i] = true;
_islock[(i + 1) % 5] = true;
lock.unlock();
}
public void unlockChopSticks() {
lock.lock();
String name = Thread.currentThread().getName();
int i = Integer.parseInt(name.substring(name.length() - 1, name.length()));// i用于数组
_islock[i] = false;
_islock[(i + 1) % 5] = false;
condition.signalAll();
lock.unlock();
}
}
输出:
Number : Thread-1 Thinking!
Number : Thread-4 Thinking!
Number : Thread-2 Thinking!
Number : Thread-3 Thinking!
Number : Thread-0 Thinking!
Number : Thread-2 Eating!
Number : Thread-4 Eating!
Number : Thread-4 Thinking!
Number : Thread-2 Thinking!
Number : Thread-1 Eating!
Number : Thread-3 Eating!
Number : Thread-3 Thinking!
Number : Thread-2 Eating!
Number : Thread-1 Thinking!
Number : Thread-0 Eating!
小结:同样地,使用lock+标志位数组+await()+signalAll() 实现线程同步和线程通信,也可以完美的解决了哲学家进餐问题。
6.4 哲学家就餐问题:小结
哲学家就餐问题之小结:
每个哲学既是消费者(拿起左右两只筷子),又是生产者(放下左右两只筷子);
第一,只要使用synchronized 或者lock , 将 "拿起左右两只筷子"和“放下左右两只筷子” 封装为原子操作;
第二,再使用 wait()--notifyAll() 或者 await()--signalAll() ,实现哲学家之间(生产者消费者之间)的通信, 整个问题就解决了。
七、小结
本文介绍Java多线程技术,分为五个部分:
多线程的两种实现方式——继承Thread类和实现Runnable接口;
线程同步应用:三人吃苹果;
线程同步+线程通信应用之一:生产者-消费者问题;
线程同步+线程通信应用之二:打蜡抛光问题;
线程同步+线程通信之用之三:哲学家就餐问题。
可以帮助初学者的Java多线程入门。
天天大码,天天进步!