Java 多线程编程之六：线程之间的通信（附源代码）

Java 多线程编程之六：线程之间的通信（附源代码）

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       多线程编程中，线程之间的通信是一个比较复杂的问题。大家往往搞不懂什么是竞争资源？什么时候考虑同步？怎么进行同步？什么是线程通信？怎么进行通信？很多朋友面试的时候都遇到过这样类似的一个编程题：给定一个场景，编写代码来恰当使用等待、通知和通知所有线程。相信很多朋友对java.lang.Object类的这三个方法都很熟悉，notify、notifyAll、wait，但是真正能运用自如的却不多。因此面试中挂在上面那个面试题上的朋友还真不在少数。本文列举了一个经典的生产者、消费者源代码，以代码的角度来说明这个问题，并附加示例源代码，相信读者看过之后对线程之间的通信交互会有更进一步的认识！
        生产者－消费者模型，堪称多线程程序中的经典。本源码中将使用 java.lang.Object 的 wait、notify、notifyAll 来实现这个模型，这才是最重要的。
        开始以前，让我们先来熟悉一下生产者－消费者模型的游戏规则：
1、仓满不能生产；
2、藏空不能消费；
3、消费者消费产品前发现不能满足此次消费后通知生产者进行生产；
4、生产者生产出产品后通知消费者进行消费。
        好的。开始之前再来回顾一下对象锁的概念……这是最关键的。每个对象都有一个内置锁。当程序运行到非静态 synchronized 方法上时，将自动获得与正在执行代码类的当前实例（即 this 实例）有关的锁。java.lang.Thread.sleep() 方法执行时并不释放此锁；java.lang.Object.wait() 方法执行时释放此锁。好了，就到这里吧，说太多了一来显得作者罗嗦，二来也有侮辱读者 Java 基础的嫌疑。开始代码演示。
生产者－消费者模型－仓库源代码

package com.defonds.thread; /** * * * 项目名称：ThreadApp * 类名称：Godown * 类描述：生产者－消费者模型之仓库 * 创建人：Defonds * 创建时间：2010-1-26 上午10:50:00 * 修改人：Defonds * 修改时间：2010-1-26 上午10:50:00 * 修改备注： * @version * */ public class Godown { private final int max_size = 100;//最大库存容量 private int curNum;//现有库存量 /** * * 创建一个新的实例 Godown. * * @param curNum */ public Godown(int curNum){ this.curNum = curNum; } /** * 生产指定数目的产品 */ public synchronized void produce(int needNum){ while(true){ /** * 如果不需要生产，进入等待状态 */ while(this.curNum + needNum > this.max_size){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "要生产的产品数量" + needNum + "已经超出剩余库存容量" + (this.max_size - this.curNum) +"，暂时不能进行生产任务！"); try { this.wait(); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } /** * 满足了生产条件，进行产品生产 */ this.curNum += needNum; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已经生产了" + needNum + "，现存库存量是为：" + this.curNum); /** * 唤醒在此对象监视器上等待的所有线程 */ this.notifyAll(); } } /** * 消费指定数目的产品 */ public synchronized void consume(int needNum){ while(true){ /** * 如果不可以消费，进入等待状态 */ while(this.curNum < needNum){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "要消费的产品数量" + needNum + "已经超出剩余库存量" + this.curNum + "，暂时不能进行消费！"); try { this.wait(); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } /** * 满足了消费条件，进行产品消费 */ this.curNum -= needNum; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已经消费了" + needNum + "，现存库存量是为：" + this.curNum); /** * 唤醒在此对象监视器上等待的所有线程 */ this.notifyAll(); } } }
生产者－消费者模型－生产者源代码

package com.defonds.thread; /** * * * 项目名称：ThreadApp * 类名称：Producer * 类描述：生产者－消费者模型之生产者 * 创建人：Defonds * 创建时间：2010-1-26 上午10:45:30 * 修改人：Defonds * 修改时间：2010-1-26 上午10:45:30 * 修改备注： * @version * */ public class Producer extends Thread{ private int needNum;//每次要生产产品的数量 private Godown godown;//仓库 /** * * 创建一个新的实例 Producer. * * @param needNum * @param godown */ public Producer(int needNum,Godown godown){ this.needNum = needNum; this.godown = godown; } /** * 重写 java.lang.Thread 的 run 方法 */ public void run(){ this.godown.produce(this.needNum); } }
生产者－消费者模型－消费者源代码

package com.defonds.thread; /** * * * 项目名称：ThreadApp * 类名称：Consumer * 类描述：生产者－消费者模型之消费者 * 创建人：Defonds * 创建时间：2010-1-26 上午10:50:48 * 修改人：Defonds * 修改时间：2010-1-26 上午10:50:48 * 修改备注： * @version * */ public class Consumer extends Thread{ private int needNum;//每次要消费产品的数量 private Godown godown;//仓库 /** * * 创建一个新的实例 Consumer. * * @param needNum * @param godown */ public Consumer(int needNum,Godown godown){ this.needNum = needNum; this.godown = godown; } /** * 重写 java.lang.Thread 的 run 方法 */ public void run(){ this.godown.consume(this.needNum); } }
生产者－消费者模型－程序入口源代码

package com.defonds.thread; /** * * * 项目名称：ThreadApp * 类名称：ThreadApp * 类描述：生产者－消费者模型之程序入口 * 创建人：Defonds * 创建时间：2010-1-26 上午10:51:15 * 修改人：Defonds * 修改时间：2010-1-26 上午10:51:15 * 修改备注： * @version * */ public class ThreadApp { public static void main(String[] args) { /** * 仓库初始化 */ Godown godown = new Godown(30); /** * 消费者初始化 */ Consumer consumer0 = new Consumer(30,godown); Consumer consumer1 = new Consumer(20,godown); Consumer consumer2 = new Consumer(40,godown); /** * 生产者初始化 */ Producer producer0 = new Producer(10,godown); Producer producer1 = new Producer(10,godown); Producer producer2 = new Producer(10,godown); Producer producer3 = new Producer(10,godown); Producer producer4 = new Producer(10,godown); Producer producer5 = new Producer(10,godown); Producer producer6 = new Producer(10,godown); Producer producer7 = new Producer(10,godown); /** * 标记每个生产者/消费者 */ consumer0.setName("consumer0"); consumer1.setName("consumer1"); consumer2.setName("consumer2"); producer0.setName("producer0"); producer1.setName("producer1"); producer2.setName("producer2"); producer3.setName("producer3"); producer4.setName("producer4"); producer5.setName("producer5"); producer6.setName("producer6"); producer7.setName("producer7"); /** * 开始进行生产－消费 */ consumer0.start(); consumer1.start(); consumer2.start(); producer0.start(); producer1.start(); producer2.start(); producer3.start(); producer4.start(); producer5.start(); producer6.start(); producer7.start(); } }
        一次执行本代码时的控制台输出片段：
consumer2已经消费了40，现存库存量是为：20
consumer2要消费的产品数量40已经超出剩余库存量20，暂时不能进行消费！
consumer0要消费的产品数量30已经超出剩余库存量20，暂时不能进行消费！
consumer1已经消费了20，现存库存量是为：0
consumer1要消费的产品数量20已经超出剩余库存量0，暂时不能进行消费！
consumer0要消费的产品数量30已经超出剩余库存量0，暂时不能进行消费！
consumer2要消费的产品数量40已经超出剩余库存量0，暂时不能进行消费！
producer5已经生产了10，现存库存量是为：10
producer5已经生产了10，现存库存量是为：20
producer5已经生产了10，现存库存量是为：30
producer5已经生产了10，现存库存量是为：40
producer5已经生产了10，现存库存量是为：50
producer5已经生产了10，现存库存量是为：60
producer5已经生产了10，现存库存量是为：70
producer5已经生产了10，现存库存量是为：80
producer5已经生产了10，现存库存量是为：90
producer5已经生产了10，现存库存量是为：100
producer5要生产的产品数量10已经超出剩余库存容量0，暂时不能进行生产任务！
producer1要生产的产品数量10已经超出剩余库存容量0，暂时不能进行生产任务！
producer0要生产的产品数量10已经超出剩余库存容量0，暂时不能进行生产任务！
producer2要生产的产品数量10已经超出剩余库存容量0，暂时不能进行生产任务！
producer4要生产的产品数量10已经超出剩余库存容量0，暂时不能进行生产任务！
producer3要生产的产品数量10已经超出剩余库存容量0，暂时不能进行生产任务！
producer6要生产的产品数量10已经超出剩余库存容量0，暂时不能进行生产任务！
producer7要生产的产品数量10已经超出剩余库存容量0，暂时不能进行生产任务！
consumer2已经消费了40，现存库存量是为：60
consumer2已经消费了40，现存库存量是为：20
consumer2要消费的产品数量40已经超出剩余库存量20，暂时不能进行消费！
consumer0要消费的产品数量30已经超出剩余库存量20，暂时不能进行消费！
consumer1已经消费了20，现存库存量是为：0
consumer1要消费的产品数量20已经超出剩余库
        当然，本程序还存在一点问题，那就是一旦某个生产者得到 CPU 资源后，生产出一次产品后，尽管使用 notifyAll，但是却并没有让出 CPU 资源，以至于其他生产者无法再得到 CPU 资源；消费者也是如此。相信聪明的读者会找到更佳的办法来解决这个问题。但本例子主要是用来给大家演示线程之间的交互，就这一点需求来说，本例子足够了。