JAVA多线程(3)

JAVA多线程(三)
线程同步
1、什么是线程同步
　　概念上的东西在这里就不过多介绍了，线程同步，也叫做线程间通信，就是多个线程共同协作完成一件事情。

　　为了完成一件事情，可能需要分很多的部分或步骤，每个部分由一个或一类线程来负责，而各个部分的处理又有先后顺序，这就对相互协作的线程有了一定的约束，也就是进程同步。

2、Java中如何实现线程同步
　　在Java中，线程的同步涉及到synchronized和三个方法wait()、notify()和notifyAll()。

　　synchronized在上篇中已经讲过了，这里就不再重复了。

　　wait()方法与Thread类的sleep()和yield()方法类似，都是让当线程睡眠，或者说是暂停执行；与之不同的是wait()方法会释放掉当前对象的锁，也因为此wait()方法必须在synchronized块里才能被调用。

　　notify()和notifyAll()方法用于唤醒之前调用wait()方法睡眠的线程，与wait()方法一样，notify()和notifyAll()也必须在synchronized块里才能被调用。

　　注意wait()、notify()和notifyAll()三个方法都是Object类的，而不是Thread类的。因为这三个方法都涉及的锁的操作，而锁的操作适用于所有的对象。

3、线程同步事例
　　下面的这例子，假设有一个篮子，最多可以装5个苹果，producer线程不断地往里面放苹果，consumer线程不断的吃苹果。

public class Basket
{
    private int numOfPlace = 5;
    private int numOfApple = 0;

    public synchronized void addApple() throws InterruptedException
    {
        while (numOfPlace <= 0)
            wait();

        Thread.sleep(100);

        numOfPlace--;
        numOfApple++;

        System.out.println("Producing... [" + (numOfApple) + "] apple left.");

        notify();
    }


    public synchronized void eatApple() throws InterruptedException
    {
        while (numOfApple <= 0)
            wait();

        numOfPlace++;
        numOfApple--;

        Thread.sleep(100);

        System.out.println("Eating... [" + (numOfApple) + "] apple left.");

        notify();
    }


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException
    {
        Basket box = new Basket();
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        exec.execute(new Producer(box));
        exec.execute(new Consumer(box));
        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        exec.shutdownNow();
    }
}

class Producer implements Runnable
{
    private Basket box;

    public Producer(Basket box)
    {
        this.box = box;
    }

    @Override
    public void run()
    {
        while (true)
        {
            try
            {
                box.addApple();
                Thread.yield();
            }
            catch (InterruptedException e)
            {
                e.printStackTrace();
                return;
            }
        }
    }

}

class Consumer implements Runnable
{
    private Basket box;

    public Consumer(Basket box)
    {
        this.box = box;
    }

    @Override
    public void run()
    {
        while (true)
        {
            try
            {
                box.eatApple();
                Thread.yield();
            }
            catch (InterruptedException e)
            {
                e.printStackTrace();
                return;
            }
        }
    }

}

　　Basket.addApple()方法中，首先检查篮子还有没有空间可以装入新苹果，如果没有，那么producer线程就调用Basket对象的wait()方法，等侍并释放Basket对象的锁；接着consumer线程就有机会取得Basket对象的锁并进入eatApple()方法，当consumer方法成功吃掉一个苹果后，篮子就有空间装入新的苹果了，这时eatApple()方法中调用Basket对象的notifyAll()方法通知producer线程；这时prodocer线程又会重新获得Basket对象的锁，并再次检查是否有空间装入新的苹果，成功装入一个苹果后，也会调用Basket对象的notifyAll()方法通知consumber线程。

　　上面这个例子中producer和consumer线程就是通过wait()和notify()方法来通信，实现共同协作的。

4、使用Lock和Condition实现线程同步
　　Java1.5提供了Lock和Condition接口，也可以实现线程同步，下面使用了Lock和Condition的方式重写了上面的例子：

public class Basket
{
    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition = lock.newCondition();
    
    private int numOfPlace = 5;
    private int numOfApple = 0;

    public void addApple() throws InterruptedException
    {
        try
        {
            lock.lock();
            
            while (numOfPlace <= 0)
                condition.await();

            Thread.sleep(100);

            numOfPlace--;
            numOfApple++;

            System.out.println("Producing... [" + (numOfApple) + "] apple left.");

            condition.signalAll();
        }
        finally
        {
            lock.unlock();
        }
    }


    public void eatApple() throws InterruptedException
    {
        try
        {
            lock.lock();
            
            while (numOfApple <= 0)
                condition.await();

            numOfPlace++;
            numOfApple--;

            Thread.sleep(100);

            System.out.println("Eating... [" + (numOfApple) + "] apple left.");

            condition.signalAll();
        }
        finally
        {
            lock.unlock();
        }
        
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException
    {
        Basket box = new Basket();
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        exec.execute(new Producer(box));
        exec.execute(new Consumer(box));
        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        exec.shutdownNow();
    }
}

class Producer implements Runnable
{
    private Basket box;

    public Producer(Basket box)
    {
        this.box = box;
    }

    @Override
    public void run()
    {
        while (true)
        {
            try
            {
                box.addApple();
                Thread.yield();
            }
            catch (InterruptedException e)
            {
                e.printStackTrace();
                return;
            }
        }
    }

}

class Consumer implements Runnable
{
    private Basket box;

    public Consumer(Basket box)
    {
        this.box = box;
    }

    @Override
    public void run()
    {
        while (true)
        {
            try
            {
                box.eatApple();
                Thread.yield();
            }
            catch (InterruptedException e)
            {
                e.printStackTrace();
                return;
            }
        }
    }

}

　　新的方法提供了更好的灵活性，但也增加了出错的可能性，如果没有特殊的需求，还是采用原来的方式来得实在。