2.2.線程的同步和協作_基本協作

基本協作

併發編程中有時需要線程間進行協作，典型的問題是生產者-消費者問題：有一個數據緩衝區，一個或多個生產者將數據存入這個緩衝區，一個或多個數據消費者將數據從緩衝區中取走。這裏有兩個問題要解決：

1. 緩衝區是一個共享數據結構，必須使用同步機制控制對它的訪問，可以使用上一章節介紹的synchronized關鍵字進行同步。
2. 緩衝區的數據是有限的，如果當緩衝區滿了生產者就不能再放入數據，如果緩衝區空了消費者就不能讀取數據。這是本文討論的生產者和消費者之間的協作問題。

Java裏線程協作的基本方式是通過Object對象提供的wait、notify和notifyAll方法，這三個方法都需要在同步代碼塊中調用，否則JVM將拋出IllegalMonitorStateException。當線程調用wait方法時，JVM將這個線程置入休眠，並且釋放控制這個同步代碼塊的對象，同時允許其他線程執行這個對象控制的其他同步代碼塊。爲了喚醒這個線程，必須在這個對象控制的某個同步代碼塊中調用notify或者notifyAll方法。

下面以生產者-消費者示例來說明synchronized、wait、notify、notifyAll的使用：

public class ProducerConsumerDemo {

    public static void main(String[] args){
        DataStorage storage = new DataStorage(10);

        Runnable consumer = new Consumer(storage);
        Runnable producer = new Producer(storage);

        Thread pt1 = new Thread(producer);
        Thread ct1 = new Thread(consumer);

        System.out.println("main:啓動1個生產者");
        pt1.start();;
        System.out.println("main:啓動1個消費者");
        ct1.start();

        System.out.println("main:等待線程完成");
        try {
            pt1.join();
            ct1.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("main:退出");
    }
}

/** 消費者**/
class Consumer implements Runnable{

    private DataStorage storage;

    public Consumer(DataStorage storage){
        this.storage = storage;
    }

    @Override
    public void run() {
        for(int i=0; i<20; i++){
            storage.get();
        }
    }
}
/** 生產者**/
class Producer implements Runnable{

    private DataStorage storage;
    public Producer(DataStorage storage){
        this.storage = storage;
    }

    @Override
    public void run() {
        for(int i=0; i<20; i++){
            storage.put();
        }
    }
}

/** 公共數據存儲類 **/
class DataStorage{
    private int maxSize;
    private List<Date> storage;

    public DataStorage(int max){
        this.maxSize = max;
        this.storage = new LinkedList<Date>();
    }

    public synchronized void put(){
        if(this.storage.size() == maxSize){
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        this.storage.add(new Date());
        System.out.println("生產。數據數量：" + storage.size());
        notifyAll();
    }

    public synchronized Date get(){
        if(this.storage.size() == 0){
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        Date data = ((LinkedList<Date>)this.storage).poll();
        System.out.println("消費。數據數量：" + storage.size());
        notifyAll();
        return data;
    }
}

程序運行日誌：

main:啓動1個生產者
main:啓動1個消費者
main:等待線程完成
生產。數據數量：1
生產。數據數量：2
生產。數據數量：3
生產。數據數量：4
生產。數據數量：5
生產。數據數量：6
生產。數據數量：7
生產。數據數量：8
生產。數據數量：9
生產。數據數量：10
消費。數據數量：9
消費。數據數量：8
消費。數據數量：7
消費。數據數量：6
消費。數據數量：5
消費。數據數量：4
消費。數據數量：3
消費。數據數量：2
消費。數據數量：1
消費。數據數量：0
生產。數據數量：1
消費。數據數量：0
生產。數據數量：1
消費。數據數量：0
生產。數據數量：1
生產。數據數量：2
生產。數據數量：3
生產。數據數量：4
生產。數據數量：5
生產。數據數量：6
生產。數據數量：7
生產。數據數量：8
消費。數據數量：7
消費。數據數量：6
消費。數據數量：5
消費。數據數量：4
消費。數據數量：3
消費。數據數量：2
消費。數據數量：1
消費。數據數量：0
main:退出