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 blocke.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 blocke.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。