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Java多线程编程详解

2013-11-01 19:51 543 查看


在java中要想实现多线程,有两种手段,一种是继续Thread类,另外一种是实现Runable接口。

对于直接继承Thread的类来说,代码大致框架是:

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class
类名
extends
Thread{

方法
1
;

方法
2


public
void
run(){

// other code…

}

属性
1

属性
2


}


先看一个简单的例子:

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/**

* @author Rollen-Holt继承Thread类,直接调用run方法

* */

class
hello
extends
Thread{

public
hello() {

}

public
hello(String name) {

this
.name = name;

}

public
void
run() {

for
(
int
i =
0
;i <
5
;i++) {

System.out.println(name +

"运行 "
+i);

}

}

public
static
void
main(String[] args) {

helloh1=
new
hello(
"A"
);

helloh2=
new
hello(
"B"
);

h1.run();

h2.run();

}

private
String name;

}


【运行结果】:

A运行 0
A运行 1
A运行 2
A运行 3
A运行 4
B运行 0
B运行 1
B运行 2
B运行 3
B运行 4
我们会发现这些都是顺序执行的,说明我们的调用方法不对,应该调用的是start()方法。

当我们把上面的主函数修改为如下所示的时候:

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public
static
void
main(String[] args) {

helloh1=
new
hello(
"A"
);

helloh2=
new
hello(
"B"
);

h1.start();

h2.start();

}


然后运行程序,输出的可能的结果如下:

A运行 0
B运行 0
B运行 1
B运行 2
B运行 3
B运行 4
A运行 1
A运行 2
A运行 3
A运行 4
因为需要用到CPU的资源,所以每次的运行结果基本是都不一样的,呵呵。

注意:虽然我们在这里调用的是start()方法,但是实际上调用的还是run()方法的主体。

那么:为什么我们不能直接调用run()方法呢?

我的理解是:线程的运行需要本地操作系统的支持。

如果你查看start的源代码的时候,会发现:

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public
synchronized
void
start() {

/**

* This method is not invoked for the 
main method thread or "system"

* group threads created/set up by the VM. Any new functionality added

* to this method in the future may have to also be added to the VM.

*

* A zero status value corresponds to state "NEW".

*/

if
(threadStatus !=
0
||

this
!= me)

throw
new
IllegalThreadStateException();

group.add(
this
);

start0();

if
(stopBeforeStart) {

stop0(throwableFromStop);

}

}

private
native
void
start0();


注意我用红色加粗的那一条语句,说明此处调用的是start0()。并且这个这个方法用了native关键字,次关键字表示调用本地操作系统的函数。因为多线程的实现需要本地操作系统的支持。

但是start方法重复调用的话,会出现java.lang.IllegalThreadStateException异常。

通过实现Runnable接口:

大致框架是:

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class
类名
implements

Runnable{

方法
1
;

方法
2


public
void
run(){

// other code…

}

属性
1

属性
2


}


来先看一个小例子吧:

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/**

* @author Rollen-Holt实现Runnable接口

* */

class
hello
implements

Runnable {

public
hello() {

}

public
hello(String name) {

this
.name = name;

}

public
void
run() {

for
(
int
i =
0
;i <
5
;i++) {

System.out.println(name +

"运行 "
+i);

}

}

public
static
void
main(String[] args) {

helloh1=
new
hello(
"线程A"
);

Threaddemo=
new
Thread(h1);

helloh2=
new
hello(
"线程B"
);

Threaddemo1=
new
Thread(h2);

demo.start();

demo1.start();

}

private
String name;

}


【可能的运行结果】:

线程A运行 0
线程B运行 0
线程B运行 1
线程B运行 2
线程B运行 3
线程B运行 4
线程A运行 1
线程A运行 2
线程A运行 3
线程A运行 4

关于选择继承Thread还是实现Runnable接口?

其实Thread也是实现Runnable接口的

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class
Thread
implements

Runnable {

//…

public
void
run() {

if
(target !=
null
) {

target.run();

}

}

}


其实Thread中的run方法调用的是Runnable接口的run方法。不知道大家发现没有,Thread和Runnable都实现了run方法,这种操作模式其实就是代理模式。关于代理模式,我曾经写过一个小例子呵呵,大家有兴趣的话可以看一下:http://www.cnblogs.com/rollenholt/archive/2011/08/18/2144847.html

Thread和Runnable的区别:

如果一个类继承Thread,则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话,则很容易的实现资源共享。

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/**

* @author Rollen-Holt继承Thread类,不能资源共享

* */

class
hello
extends
Thread{

public
void
run() {

for
(
int
i =
0
;i <
7
;i++) {

if
(count >
0
) {

System.out.println(
"count= "

+count--);

}

}

}

public
static
void
main(String[] args) {

helloh1 = 
new
hello();

helloh2 = 
new
hello();

helloh3 = 
new
hello();

h1.start();

h2.start();

h3.start();

}

private
int
count =
5
;

}


【运行结果】:

count= 5
count= 4
count= 3
count= 2
count= 1
count= 5
count= 4
count= 3
count= 2
count= 1
count= 5
count= 4
count= 3
count= 2
count= 1
大家可以想象,如果这个是一个买票系统的话,如果count表示的是车票的数量的话,说明并没有实现资源的共享。

我们换为Runnable接口

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class
MyThread
implements

Runnable{

private
int
ticket =
5
;
//5张票

public
void
run() {

for
(
int
i=
0
;i<=
20
;i++) {

if
(
this
.ticket >
0
) {

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
"正在卖票"
+
this
.ticket--);

}

}

}

}

public
class
lzwCode {

public
static
void
main(String [] args) {

MyThreadmy = 
new

MyThread();

new
Thread(my,
"1号窗口"
).start();

new
Thread(my,
"2号窗口"
).start();

new
Thread(my,
"3号窗口"
).start();

}

}


  


【运行结果】:

count= 5
count= 4
count= 3
count= 2
count= 1

总结一下吧:

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势:

1):适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源

2):可以避免java中的单继承的限制

3):增加程序的健壮性,代码可以被多个线程共享,代码和数据独立。

所以,本人建议大家劲量实现接口。

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/**

* @author Rollen-Holt

* 取得线程的名称

* */

class
hello
implements

Runnable {

public
void
run() {

for
(
int
i =
0
;i <
3
;i++) {

System.out.println(Thread.currentThread().getName());

}

}

public
static
void
main(String[] args) {

hellohe = 
new
hello();

new
Thread(he,
"A"
).start();

new
Thread(he,
"B"
).start();

new
Thread(he).start();

}

}


【运行结果】:

A
A
A
B
B
B
Thread-0
Thread-0
Thread-0

说明如果我们没有指定名字的话,系统自动提供名字。

提醒一下大家:main方法其实也是一个线程。在java中所以的线程都是同时启动的,至于什么时候,哪个先执行,完全看谁先得到CPU的资源。

在java中,每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程,一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候,实际上都会启动一个JVM,每一个jVM实习在就是在操作系统中启动了一个进程。

判断线程是否启动

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/**

* @author Rollen-Holt判断线程是否启动

* */

class
hello
implements

Runnable {

public
void
run() {

for
(
int
i =
0
;i <
3
;i++) {

System.out.println(Thread.currentThread().getName());

}

}

public
static
void
main(String[] args) {

hellohe = 
new
hello();

Threaddemo = 
new
Thread(he);

System.out.println(
"线程启动之前---》"

+demo.isAlive());

demo.start();

System.out.println(
"线程启动之后---》"

+demo.isAlive());

}

}


【运行结果】

线程启动之前---》false
线程启动之后---》true
Thread-0
Thread-0
Thread-0

主线程也有可能在子线程结束之前结束。并且子线程不受影响,不会因为主线程的结束而结束。

线程的强制执行:

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/**

* @author Rollen-Holt线程的强制执行

* */

class
hello
implements

Runnable {

public
void
run() {

for
(
int
i =
0
;i <
3
;i++) {

System.out.println(Thread.currentThread().getName());

}

}

public
static
void
main(String[] args) {

hellohe = 
new
hello();

Threaddemo = 
new
Thread(he,
"线程"
);

demo.start();

for
(
int
i=
0
;i<
50
;++i){

if
(i>
10
){

try
{

demo.join();
//强制执行demo

}
catch
(Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

System.out.println(
"main 线程执行-->"
+i);

}

}

}


【运行的结果】:

main 线程执行-->0
main 线程执行-->1
main 线程执行-->2
main 线程执行-->3
main 线程执行-->4
main 线程执行-->5
main 线程执行-->6
main 线程执行-->7
main 线程执行-->8
main 线程执行-->9
main 线程执行-->10
线程
线程
线程
main 线程执行-->11
main 线程执行-->12
main 线程执行-->13

...

线程的休眠:

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/**

* @author Rollen-Holt线程的休眠

* */

class
hello
implements

Runnable {

public
void
run() {

for
(
int
i =
0
;i <
3
;i++) {

try
{

Thread.sleep(
2000
);

}
catch
(Exception e) {

e.printStackTrace();

}

System.out.println(Thread.currentThread().getName() +i);

}

}

public
static
void
main(String[] args) {

hellohe = 
new
hello();

Threaddemo = 
new
Thread(he,
"线程"
);

demo.start();

}

}


【运行结果】:(结果每隔2s输出一个)

线程0
线程1
线程2

线程的中断:

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/**

* @author Rollen-Holt线程的中断

* */

class
hello
implements
Runnable {

public
void
run() {

System.out.println(
"执行run方法"
);

try
{

Thread.sleep(
10000
);

System.out.println(
"线程完成休眠"
);

}
catch
(Exception e) {

System.out.println(
"休眠被打断"
);

return
;
//返回到程序的调用处

}

System.out.println(
"线程正常终止"
);

}

public
static
void
main(String[] args) {

hellohe = 
new
hello();

Threaddemo = 
new
Thread(he,
"线程"
);

demo.start();

try
{

Thread.sleep(
2000
);

}
catch
(Exception e) {

e.printStackTrace();

}

demo.interrupt();
//2s后中断线程

}

}


【运行结果】:

执行run方法
休眠被打断

在java程序中,只要前台有一个线程在运行,整个java程序进程不会小时,所以此时可以设置一个后台线程,这样即使java进程小时了,此后台线程依然能够继续运行。

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/**

* @author Rollen-Holt后台线程

* */

class
hello
implements
Runnable {

public
void
run() {

while
(
true
) {

System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
"在运行"
);

}

}

public
static
void
main(String[] args) {

hellohe = 
new
hello();

Threaddemo = 
new
Thread(he,
"线程"
);

demo.setDaemon(
true
);

demo.start();

}

}


虽然有一个死循环,但是程序还是可以执行完的。因为在死循环中的线程操作已经设置为后台运行了。

线程的优先级:

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/**

* @author Rollen-Holt线程的优先级

* */

class
hello
implements
Runnable {

public
void
run() {

for
(
int
i=
0
;i<
5
;++i){

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
"运行"
+i);

}

}

public
static
void
main(String[] args) {

Threadh1=
new
Thread(
new

hello(),
"A"
);

Threadh2=
new
Thread(
new

hello(),
"B"
);

Threadh3=
new
Thread(
new

hello(),
"C"
);

h1.setPriority(
8
);

h2.setPriority(
2
);

h3.setPriority(
6
);

h1.start();

h2.start();

h3.start();

}

}


【运行结果】:

A运行0
A运行1
A运行2
A运行3
A运行4
B运行0
C运行0
C运行1
C运行2
C运行3
C运行4
B运行1
B运行2
B运行3
B运行4

。但是请读者不要误以为优先级越高就先执行。谁先执行还是取决于谁先去的CPU的资源、

另外,主线程的优先级是5.

线程的礼让。

在线程操作中,也可以使用yield()方法,将一个线程的操作暂时交给其他线程执行。

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/**

* @author Rollen-Holt线程的优先级

* */

class
hello
implements
Runnable {

public
void
run() {

for
(
int
i=
0
;i<
5
;++i){

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
"运行"
+i);

if
(i==
3
){

System.out.println(
"线程的礼让"
);

Thread.currentThread().yield();

}

}

}

public
static
void
main(String[] args) {

Threadh1=
new
Thread(
new

hello(),
"A"
);

Threadh2=
new
Thread(
new

hello(),
"B"
);

h1.start();

h2.start();

}

}


A运行0
A运行1
A运行2
A运行3
线程的礼让
A运行4
B运行0
B运行1
B运行2
B运行3
线程的礼让
B运行4
同步和死锁:

【问题引出】:比如说对于买票系统,有下面的代码:

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/**

* @author Rollen-Holt

* */

class
hello
implements
Runnable {

public
void
run() {

for
(
int
i=
0
;i<
10
;++i){

if
(count>
0
){

try
{

Thread.sleep(
1000
);

}
catch
(InterruptedException e){

e.printStackTrace();

}

System.out.println(count--);

}

}

}

public
static
void
main(String[] args) {

hellohe=
new
hello();

Threadh1=
new
Thread(he);

Threadh2=
new
Thread(he);

Threadh3=
new
Thread(he);

h1.start();

h2.start();

h3.start();

}

private
int
count=
5
;

}


【运行结果】:

5
4
3
2
1
0
-1
这里出现了-1,显然这个是错的。,应该票数不能为负值。

如果想解决这种问题,就需要使用同步。所谓同步就是在统一时间段中只有有一个线程运行,

其他的线程必须等到这个线程结束之后才能继续执行。

【使用线程同步解决问题】

采用同步的话,可以使用同步代码块和同步方法两种来完成。

【同步代码块】:

语法格式:

synchronized(同步对象){

//需要同步的代码

}

但是一般都把当前对象this作为同步对象。

比如对于上面的买票的问题,如下:

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/**

* @author Rollen-Holt

* */

class
hello
implements
Runnable {

public
void
run() {

for
(
int
i=
0
;i<
10
;++i){

synchronized
(
this
) {

if
(count>
0
){

try
{

Thread.sleep(
1000
);

}
catch
(InterruptedException e){

e.printStackTrace();

}

System.out.println(count--);

}

}

}

}

public
static
void
main(String[] args) {

hellohe=
new
hello();

Threadh1=
new
Thread(he);

Threadh2=
new
Thread(he);

Threadh3=
new
Thread(he);

h1.start();

h2.start();

h3.start();

}

private
int
count=
5
;

}


【运行结果】:(每一秒输出一个结果)

5
4
3
2
1
【同步方法】

也可以采用同步方法。

语法格式为synchronized 方法返回类型方法名(参数列表){

// 其他代码

}

现在,我们采用同步方法解决上面的问题。

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/**

* @author Rollen-Holt

* */

class
hello
implements
Runnable {

public
void
run() {

for
(
int
i =
0
;i <
10
;++i) {

sale();

}

}

public
synchronized
void
sale() {

if
(count >
0
) {

try
{

Thread.sleep(
1000
);

}
catch
(InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

System.out.println(count--);

}

}

public
static
void
main(String[] args) {

hellohe = 
new
hello();

Threadh1 = 
new
Thread(he);

Threadh2 = 
new
Thread(he);

Threadh3 = 
new
Thread(he);

h1.start();

h2.start();

h3.start();

}

private
int
count =
5
;

}


【运行结果】(每秒输出一个)

5
4
3
2
1
提醒一下,当多个线程共享一个资源的时候需要进行同步,但是过多的同步可能导致死锁。

此处列举经典的生产者和消费者问题。

【生产者和消费者问题】

先看一段有问题的代码。

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class
Info {

public
String getName() {

return
name;

}

public
void
setName(String name) {

this
.name = name;

}

public
int
getAge() {

return
age;

}

public
void
setAge(
int
age) {

this
.age =age;

}

private
String name =
"Rollen"
;

private
int
age =
20
;

}

/**

* 生产者

* */

class
Producer
implements
Runnable{

private
Info info=
null
;

Producer(Info info){

this
.info=info;

}

public
void
run(){

boolean
flag=
false
;

for
(
int
i=
0
;i<
25
;++i){

if
(flag){

this
.info.setName(
"Rollen"
);

try
{

Thread.sleep(
100
);

}
catch
(Exception e) {

e.printStackTrace();

}

this
.info.setAge(
20
);

flag=
false
;

}
else
{

this
.info.setName(
"chunGe"
);

try
{

Thread.sleep(
100
);

}
catch
(Exception e) {

e.printStackTrace();

}

this
.info.setAge(
100
);

flag=
true
;

}

}

}

}

/**

* 消费者类

* */

class
Consumer
implements
Runnable{

private
Info info=
null
;

public
Consumer(Info info){

this
.info=info;

}

public
void
run(){

for
(
int
i=
0
;i<
25
;++i){

try
{

Thread.sleep(
100
);

}
catch
(Exception e) {

e.printStackTrace();

}

System.out.println(
this
.info.getName()+
"<---->"
+
this
.info.getAge());

}

}

}

/**

* 测试类

* */

class
hello{

public
static
void
main(String[] args) {

Info info=
new
Info();

Producerpro=
new
Producer(info);

Consumercon=
new
Consumer(info);

new
Thread(pro).start();

new
Thread(con).start();

}

}


【运行结果】:

Rollen<---->100
chunGe<---->20
chunGe<---->100
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
Rollen<---->100
Rollen<---->100
chunGe<---->20
chunGe<---->20
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
大家可以从结果中看到,名字和年龄并没有对应。

那么如何解决呢?

<!--[if !supportLists]-->1)<!--[endif]-->加入同步

<!--[if !supportLists]-->2)<!--[endif]-->加入等待和唤醒

先来看看加入同步会是如何。

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class
Info {

public
String getName() {

return
name;

}

public
void
setName(String name) {

this
.name = name;

}

public
int
getAge() {

return
age;

}

public
void
setAge(
int
age) {

this
.age =age;

}

public
synchronized
void
set(String name,
int
age){

this
.name=name;

try
{

Thread.sleep(
100
);

}
catch
(Exception e) {

e.printStackTrace();

}

this
.age=age;

}

public
synchronized
void
get(){

try
{

Thread.sleep(
100
);

}
catch
(Exception e) {

e.printStackTrace();

}

System.out.println(
this
.getName()+
"<===>"
+
this
.getAge());

}

private
String name =
"Rollen"
;

private
int
age =
20
;

}

/**

* 生产者

* */

class
Producer
implements
Runnable {

private
Info info =
null
;

Producer(Info info) {

this
.info = info;

}

public
void
run() {

boolean
flag =
false
;

for
(
int
i =
0
;i <
25
;++i) {

if
(flag) {

this
.info.set(
"Rollen"
,

20
);

flag =
false
;

}
else
{

this
.info.set(
"ChunGe"
,

100
);

flag =
true
;

}

}

}

}

/**

* 消费者类

* */

class
Consumer
implements
Runnable {

private
Info info =
null
;

public
Consumer(Info info) {

this
.info = info;

}

public
void
run() {

for
(
int
i =
0
;i <
25
;++i) {

try
{

Thread.sleep(
100
);

}
catch
(Exception e) {

e.printStackTrace();

}

this
.info.get();

}

}

}

/**

* 测试类

* */

class
hello{

public
static
void
main(String[] args) {

Info info =
new
Info();

Producerpro = 
new
Producer(info);

Consumercon = 
new
Consumer(info);

new
Thread(pro).start();

new
Thread(con).start();

}

}


【运行结果】:

Rollen<===>20
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
从运行结果来看,错乱的问题解决了,现在是Rollen 对应20,ChunGe对于100

,但是还是出现了重复读取的问题,也肯定有重复覆盖的问题。如果想解决这个问题,就需要使用Object类帮忙了、

,我们可以使用其中的等待和唤醒操作。

要完成上面的功能,我们只需要修改Info类即可,在其中加上标志位,并且通过判断标志位完成等待和唤醒的操作,代码如下:

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class
Info {

public
String getName() {

return
name;

}

public
void
setName(String name) {

this
.name = name;

}

public
int
getAge() {

return
age;

}

public
void
setAge(
int
age) {

this
.age =age;

}

public
synchronized
void
set(String name,
int
age){

if
(!flag){

try
{

super
.wait();

}
catch
(Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

this
.name=name;

try
{

Thread.sleep(
100
);

}
catch
(Exception e) {

e.printStackTrace();

}

this
.age=age;

flag=
false
;

super
.notify();

}

public
synchronized
void
get(){

if
(flag){

try
{

super
.wait();

}
catch
(Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

try
{

Thread.sleep(
100
);

}
catch
(Exception e) {

e.printStackTrace();

}

System.out.println(
this
.getName()+
"<===>"
+
this
.getAge());

flag=
true
;

super
.notify();

}

private
String name =
"Rollen"
;

private
int
age =
20
;

private
boolean
flag=
false
;

}

/**

* 生产者

* */

class
Producer
implements
Runnable {

private
Info info =
null
;

Producer(Info info) {

this
.info = info;

}

public
void
run() {

boolean
flag =
false
;

for
(
int
i =
0
;i <
25
;++i) {

if
(flag) {

this
.info.set(
"Rollen"
,

20
);

flag =
false
;

}
else
{

this
.info.set(
"ChunGe"
,

100
);

flag =
true
;

}

}

}

}

/**

* 消费者类

* */

class
Consumer
implements
Runnable {

private
Info info =
null
;

public
Consumer(Info info) {

this
.info = info;

}

public
void
run() {

for
(
int
i =
0
;i <
25
;++i) {

try
{

Thread.sleep(
100
);

}
catch
(Exception e) {

e.printStackTrace();

}

this
.info.get();

}

}

}

/**

* 测试类

* */

class
hello{

public
static
void
main(String[] args) {

Info info =
new
Info();

Producerpro = 
new
Producer(info);

Consumercon = 
new
Consumer(info);

new
Thread(pro).start();

new
Thread(con).start();

}

}


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【程序运行结果】:

Rollen<===>
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ChunGe<===>
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Rollen<===>
20

ChunGe<===>
100

Rollen<===>
20

ChunGe<===>
100

Rollen<===>
20

ChunGe<===>
100

Rollen<===>
20

ChunGe<===>
100

Rollen<===>
20

ChunGe<===>
100

Rollen<===>
20

ChunGe<===>
100

Rollen<===>
20

ChunGe<===>
100

Rollen<===>
20

ChunGe<===>
100

Rollen<===>
20

ChunGe<===>
100

Rollen<===>
20

ChunGe<===>
100

Rollen<===>
20

ChunGe<===>
100

Rollen<===>
20

先在看结果就可以知道,之前的问题完全解决。


《完》



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