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

[java] view
plaincopyprint?

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

[java] view
plaincopyprint?

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

[java] view
plaincopyprint?

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

[java] view
plaincopyprint?

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。