线程间协作-《thinking in java》读书笔记(一)

概述

线程间协作即有多个线程需要按照一定顺序相互协作进行。主要有两种方法来实现,使用锁(互斥)来同步两个任务的行为。另一种是使用BlockingQueue,它已经帮我们处理好了同步机制,实现更加简单。

举例

接下来以一个实际场景为例,进行演示。假设在一个餐馆中有一个服务员,有一个厨师,而服务员要等到厨子把菜做好了才能上菜,然后回来继续等待。而厨师得到新订单后开始做菜。用两种方式实现之前,我们分析知厨师和服务员分别是一个独立的线程,他们通过餐厅联结在一起。在这个模型中厨师代表生产者,服务员代表消费者。Order是他们共享的资源,需要进行同步。

使用锁的互斥

public class Order {
    private int num=0;

    public Order(int num) {
        this.num=num;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "order num:"+num;
    }
}
  • 餐馆
public class Restaurant {
    Order order;
    Chef chef=new Chef(this);
    Waiter waiter=new Waiter(this);
    ExecutorService executorService= Executors.newCachedThreadPool();

    public Restaurant() {
        order =null;
        executorService.execute(chef);
        executorService.execute(waiter);
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        executorService.shutdown();
    }
    public static void main(String[] args){
        new Restaurant();
    }
}
  • 厨师
public class Chef implements Runnable {
    private Restaurant restaurant;
    private int counter=0;
    public Chef(Restaurant restaurant) {
        this.restaurant = restaurant;
    }
    @Override
    public void run() {
        try{
            while (!Thread.interrupted()){
                synchronized (this){
                    while (restaurant.meal!=null){
                        wait();//等服务员上菜,获得新订单
                    }
                }
                synchronized (restaurant.waiter){
                    //获得服务员的锁,让他等我做菜
                    restaurant.meal=new Meal(counter++);
                    System.out.print("a meal is done");
                    Thread.sleep(500);
                    restaurant.waiter.notifyAll();
                    //告诉服务员可以上菜了
                }
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
  • 服务员
public class Waiter implements Runnable {
    private Restaurant restaurant;

    public Waiter(Restaurant restaurant) {
        this.restaurant = restaurant;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            while (!Thread.interrupted()){
                synchronized (this){
                    while (restaurant.order ==null){
                        wait();//等待厨师做完菜后被chef的notifyAll()唤醒,注意wait()会释放当前获得的锁
                    }
                }
                synchronized (restaurant.chef){
                    System.out.print("waiter: order up\n");
                    restaurant.order =null;
                    restaurant.chef.notifyAll();//告诉厨师可以做菜了
                }
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
图片.png

由此可见chef与waiter按照顺序协调了

使用BlockingQueue同步

  • 创建自己的BlockingQueue
public class MealQueue extends LinkedBlockingQueue<Order> {
}
  • 餐馆
public class Restaurant {
    private MealQueue waitQueue;
    private MealQueue finishedQueue;
    private Chef chef;
    private Waiter waiter;

    public Restaurant() {
        waitQueue = new MealQueue();
        finishedQueue = new MealQueue();
        chef = new Chef(waitQueue, finishedQueue);
        waiter = new Waiter(waitQueue, finishedQueue);
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        executorService.execute(chef);
        executorService.execute(waiter);

        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        executorService.shutdown();
    }

    public static void main(String[] args){
        new Restaurant();
    }
}
  • 厨师
public class Chef implements Runnable{
    private MealQueue waitQueue;
    private MealQueue finishedQueue;

    public Chef(MealQueue waitQueue, MealQueue finishedQueue) {
        this.waitQueue = waitQueue;
        this.finishedQueue = finishedQueue;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            while (!Thread.interrupted()){
                Order order =waitQueue.take();
                Thread.sleep(500);
                System.out.print("chef:order done   "+ order.toString()+"\n");
                finishedQueue.add(order);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
  • 服务员
public class Waiter implements Runnable{
    private MealQueue waitQueue;
    private MealQueue finishedQueue;
    private int count;

    public Waiter(MealQueue waitQueue, MealQueue finishedQueue) {
        this.waitQueue = waitQueue;
        this.finishedQueue = finishedQueue;
        count=0;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            while (!Thread.interrupted()){
                Order newOrder=new Order(count++);
                waitQueue.add(newOrder);
                System.out.print("waiter:a new order\n");
                Order order =finishedQueue.take();
                System.out.print("waiter:order complete  "+ order.toString()+"\n");
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
图片.png

在这个版本中,我们没有在任何一个地方显示加锁,但它仍能有序进行非常简单

总结

我们通过两种方法完成了线程的协作,个人觉得使用BlockingQueuer更容易也更好管理。最后还有一个例子模拟生产吐司面包,第一步制作吐司,第二步抹黄油,第三步涂果酱。代码已同步到github,不再赘述。如发现错误,欢迎指正。

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