用Java线程协作模拟 - Alice,Bob和Robert博士的协作

1. 问题描述：

   Robert博士要进行一场实验，她需要两个助手Alice和Bob，Alice负责从一箱试管剂中取出优先级最高的试管剂(每个试管剂
都有编号ID，规定ID最小的优先级最高)放到试管剂台容器里，该容器里只能放入一个试管剂；当Alice把试管剂放到容器里后，
就会通知Bob，然后Bob把试管剂送到Rober博士的实验室，然后Robert又会通知Alice， Alice看到容器里空了，就会放入下一个
优先级最高的试管剂并通知Bob...如此循环。

  请用计算机模拟仿真该场景过程。

2. 问题分析：

   这是典型的对象通信问题。即线程间的协作问题。

3. 实现方法

(1) 一箱试管剂中取出优先级最高的试管剂(每个试管剂都有编号ID，规定ID最小的优先级最高)

     用优先级队列来模拟试管剂箱。

package boke.thread4;

/**
 * 基于数组的优先级队列【最小的元素具有最大优先权】
 * 
 * @since jdk1.6
 * @author 毛正吉
 * @version 1.0
 * @date 2010.05.25
 * 
 */
public class PriorityQueue {
	public static void main(String[] args) throws PriorityQueueException {
		PriorityQueue pq = new PriorityQueue();
		pq.enQueue(10);
		pq.enQueue(40);
		pq.enQueue(43);
		pq.enQueue(20);
		pq.enQueue(50);
		pq.enQueue(30);
		pq.enQueue(99);

		while (!pq.isEmpty()) {
			int element = pq.delQueue();
			System.out.print(element + " ");
		}
		System.out.println("");
	}

	private int[] pqElements;
	private int count;
	private static final int MAX_PQ_SIZE = 1000;

	public PriorityQueue() {
		pqElements = new int[MAX_PQ_SIZE];
	}

	public void enQueue(int item) throws PriorityQueueException {
		if (!isFull()) {
			pqElements[count] = item;
			count++;
		} else {
			throw new PriorityQueueException("PriorityQueue is full!");
		}
	}

	public int delQueue() throws PriorityQueueException {
		if (!isEmpty()) {
			int min = pqElements[0];
			int minIndex = 0;

			for (int i = 1; i < count; i++) {
				if (pqElements[i] < min) {
					min = pqElements[i];
					minIndex = i;
				}
			}

			pqElements[minIndex] = pqElements[count - 1];
			count--;
			return min;
		} else {
			throw new PriorityQueueException("PriorityQueue is empty!");
		}
	}

	public void makeEmpty() {
		count = 0;
	}

	public boolean isEmpty() {
		return count == 0;
	}

	public boolean isFull() {
		return count == MAX_PQ_SIZE;
	}

	public int length() {
		return count;
	}
}

---------------------------------------

package boke.thread4;

/**
 * TODO 队列异常
 * 
 * @since jdk1.6
 * @author 毛正吉
 * @version 1.0
 * @date 2010.05.25
 * 
 */
public class PriorityQueueException extends Exception {
	public PriorityQueueException() {
		super("Queue Exception");
	}

	public PriorityQueueException(String msg) {
		super(msg);
	}
}

(2) 试管剂台容器，该容器里只能放入一个试管剂。

package boke.thread4;

/**
 * 试管剂容器
 * 
 * @since jdk1.6
 * @author 毛正吉
 * @version 1.0
 * @date 2010.05.25
 * 
 */
public class Container {
	int tubeID; // 试管剂ID
	boolean isFull = false; // 容器里是否有试管剂

	/**
	 * 容器里放入试管剂
	 * 
	 * @param ID
	 */
	public synchronized void put(int ID) {
		if (!isFull) { // 容器里没有试管剂
			tubeID = ID; // 放入试管剂
			System.out.println("Alice 把试管剂：" + tubeID + " 放入到容器里");
			isFull = true; // 则容器里有试管剂
			notify(); // 通知
		}
		try {
			wait(); // 自己等待
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

	/**
	 * 从容器里取走试管剂
	 * 
	 * @return
	 */
	public synchronized int get() {
		if (!isFull) { // 容器里没有试管剂
			try {
				wait(); // 等待
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		isFull = false; // 容器里有试管剂

		executeLogic(tubeID); // 执行业务逻辑

		notify();// 通知
		return tubeID; // 返回值
	}

	private void executeLogic(int value) {
		System.out.println("Bob 从容器里取走试管剂：" + value);
	}
}

(3) Alice

package boke.thread4;

/**
 * 模拟Alice
 * 
 * @since jdk1.6
 * @author 毛正吉
 * @version 1.0
 * @date 2010.05.25
 * 
 */
class Alice extends Thread {
	Container c; // 容器
	PriorityQueue pq; // 优先级队列

	/**
	 * 构造方法
	 * 
	 * @param c
	 * @param pq
	 */
	Alice(Container c, PriorityQueue pq) {
		this.c = c;
		this.pq = pq;
	}

	/**
	 * 运行任务
	 */
	public void run() {
		try {
			while (!pq.isEmpty()) {
				int ID = pq.delQueue(); // 拿出优先级最高的试管剂
				c.put(ID); // 放置到容器里
			}
		} catch (PriorityQueueException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

(4) Bob

package boke.thread4;

/**
 * 模拟Bob
 * 
 * @since jdk1.6
 * @author 毛正吉
 * @version 1.0
 * @date 2010.05.25
 * 
 */
class Bob extends Thread {
	Container c; // 容器
	PriorityQueue pq; // 优先级队列

	/**
	 * 构造方法
	 * 
	 * @param c
	 * @param pq
	 */
	Bob(Container c, PriorityQueue pq) {
		this.c = c;
		this.pq = pq;
	}

	/**
	 * 运行任务
	 */
	public void run() {
		while (true) {
			c.get(); // Bob从容器里取出试管剂
		}
	}
}

(5) 场景类Client

package boke.thread4;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * 场景类
 * 
 * @since jdk1.6
 * @author 毛正吉
 * @version 1.0
 * @date 2010.05.25
 * 
 */
public class Client {
	/**
	 * 
	 * @param args
	 * @throws PriorityQueueException
	 */
	public static void main(String[] args) throws PriorityQueueException {
		Container c = new Container(); // 容器
		PriorityQueue pq = new PriorityQueue(); // 优先级队列
		for (int i = 19; i < 100; i++) { // 试管剂
			pq.enQueue(i);
		}

		Alice alice = new Alice(c, pq); // Alice
		Bob bob = new Bob(c, pq); // Bob

		ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
		exec.execute(alice);
		exec.execute(bob);
		exec.shutdown();
	}
}

4. 输出结果：

Alice 把试管剂：19 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：19
Alice 把试管剂：20 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：20
Alice 把试管剂：21 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：21
Alice 把试管剂：22 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：22
Alice 把试管剂：23 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：23
Alice 把试管剂：24 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：24
Alice 把试管剂：25 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：25
Alice 把试管剂：26 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：26
Alice 把试管剂：27 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：27
Alice 把试管剂：28 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：28
Alice 把试管剂：29 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：29
Alice 把试管剂：30 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：30
Alice 把试管剂：31 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：31
Alice 把试管剂：32 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：32
Alice 把试管剂：33 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：33
Alice 把试管剂：34 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：34
Alice 把试管剂：35 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：35
Alice 把试管剂：36 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：36
Alice 把试管剂：37 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：37
Alice 把试管剂：38 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：38
Alice 把试管剂：39 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：39
Alice 把试管剂：40 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：40
Alice 把试管剂：41 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：41
Alice 把试管剂：42 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：42
Alice 把试管剂：43 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：43
Alice 把试管剂：44 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：44
Alice 把试管剂：45 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：45
Alice 把试管剂：46 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：46
Alice 把试管剂：47 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：47
Alice 把试管剂：48 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：48
Alice 把试管剂：49 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：49
Alice 把试管剂：50 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：50
Alice 把试管剂：51 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：51
Alice 把试管剂：52 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：52
Alice 把试管剂：53 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：53
Alice 把试管剂：54 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：54
Alice 把试管剂：55 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：55
Alice 把试管剂：56 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：56
Alice 把试管剂：57 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：57
Alice 把试管剂：58 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：58
Alice 把试管剂：59 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：59
Alice 把试管剂：60 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：60
Alice 把试管剂：61 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：61
Alice 把试管剂：62 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：62
Alice 把试管剂：63 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：63
Alice 把试管剂：64 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：64
Alice 把试管剂：65 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：65
Alice 把试管剂：66 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：66
Alice 把试管剂：67 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：67
Alice 把试管剂：68 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：68
Alice 把试管剂：69 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：69
Alice 把试管剂：70 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：70
Alice 把试管剂：71 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：71
Alice 把试管剂：72 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：72
Alice 把试管剂：73 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：73
Alice 把试管剂：74 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：74
Alice 把试管剂：75 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：75
Alice 把试管剂：76 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：76
Alice 把试管剂：77 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：77
Alice 把试管剂：78 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：78
Alice 把试管剂：79 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：79
Alice 把试管剂：80 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：80
Alice 把试管剂：81 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：81
Alice 把试管剂：82 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：82
Alice 把试管剂：83 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：83
Alice 把试管剂：84 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：84
Alice 把试管剂：85 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：85
Alice 把试管剂：86 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：86
Alice 把试管剂：87 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：87
Alice 把试管剂：88 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：88
Alice 把试管剂：89 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：89
Alice 把试管剂：90 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：90
Alice 把试管剂：91 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：91
Alice 把试管剂：92 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：92
Alice 把试管剂：93 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：93
Alice 把试管剂：94 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：94
Alice 把试管剂：95 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：95
Alice 把试管剂：96 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：96
Alice 把试管剂：97 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：97
Alice 把试管剂：98 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：98
Alice 把试管剂：99 放入到容器里
Bob 从容器里取走试管剂：99