多線程之Java中的等待喚醒機制

　　多線程的問題中的經典問題是生產者和消費者的問題，就是如何讓線程有序的進行執行，獲取CPU執行時間片的過程是隨機的，如何能夠讓線程有序的進行，Java中提供了等待喚醒機制很好的解決了這個問題！

　　生產者消費者經典的線程中的問題其實是解決線程中的通訊問題，就是不同種類的線程針對同一資源的操作，這里其實有一張圖很好的闡述了這其中的問題：

//代碼中的實體類
public class Student {
    String name;
    int age;
    boolean flag; // 默認情況是沒有數據，如果是true，說明有數據
}

public class SetThread implements Runnable {

    private Student s;
    private int x = 0;

    public SetThread(Student s) {
        this.s = s;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (s) {
                //判斷有沒有
                if(s.flag){
                    try {
                        s.wait(); //t1等着，釋放鎖
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                
                if (x % 2 == 0) {
                    s.name = "林青霞";
                    s.age = 27;
                } else {
                    s.name = "劉意";
                    s.age = 30;
                }
                x++; //x=1
                
                //修改標記
                s.flag = true;
                //喚醒線程
                s.notify(); //喚醒t2,喚醒並不表示你立馬可以執行，必須還得搶CPU的執行權。
            }
            //t1有，或者t2有
        }
    }
}

public class GetThread implements Runnable {
    private Student s;

    public GetThread(Student s) {
        this.s = s;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (s) {
                if(!s.flag){
                    try {
                        s.wait(); //t2就等待了。立即釋放鎖。將來醒過來的時候，是從這里醒過來的時候
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                
                System.out.println(s.name + "---" + s.age);
                //林青霞---27
                //劉意---30
                
                //修改標記
                s.flag = false;
                //喚醒線程
                s.notify(); //喚醒t1
            }
        }
    }
}

/*
 * 分析：
 *         資源類：Student    
 *         設置學生數據:SetThread(生產者)
 *         獲取學生數據：GetThread(消費者)
 *         測試類:StudentDemo
 * 
 * 問題1：按照思路寫代碼，發現數據每次都是:null---0
 * 原因：我們在每個線程中都創建了新的資源,而我們要求的時候設置和獲取線程的資源應該是同一個
 * 如何實現呢?
 *         在外界把這個數據創建出來，通過構造方法傳遞給其他的類。
 * 
 * 問題2：為了數據的效果好一些，我加入了循環和判斷，給出不同的值,這個時候產生了新的問題
 *         A:同一個數據出現多次
 *         B:姓名和年齡不匹配
 * 原因：
 *         A:同一個數據出現多次
 *             CPU的一點點時間片的執行權，就足夠你執行很多次。
 *         B:姓名和年齡不匹配
 *             線程運行的隨機性
 * 線程安全問題：
 *         A:是否是多線程環境        是
 *         B:是否有共享數據        是
 *         C:是否有多條語句操作共享數據    是
 * 解決方案：
 *         加鎖。
 *         注意：
 *             A:不同種類的線程都要加鎖。
 *             B:不同種類的線程加的鎖必須是同一把。
 * 
 * 問題3:雖然數據安全了，但是呢，一次一大片不好看，我就想依次的一次一個輸出。
 * 如何實現呢?
 *         通過Java提供的等待喚醒機制解決。
 * 
 * 等待喚醒：
 *         Object類中提供了三個方法：
 *             wait():等待
 *             notify():喚醒單個線程
 *             notifyAll():喚醒所有線程
 *         為什么這些方法不定義在Thread類中呢?
 *             這些方法的調用必須通過鎖對象調用，而我們剛才使用的鎖對象是任意鎖對象。
 *             所以，這些方法必須定義在Object類中。
 */
public class StudentDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //創建資源
        Student s = new Student();
        
        //設置和獲取的類
        SetThread st = new SetThread(s);
        GetThread gt = new GetThread(s);

        //線程類
        Thread t1 = new Thread(st);
        Thread t2 = new Thread(gt);

        //啟動線程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

線程的狀態轉換圖及常見執行情況：

　

上述代碼的優化方案：

//創建對象的時候實現線程安全
public class Student {
    private String name;
    private int age;
    private boolean flag; // 默認情況是沒有數據，如果是true，說明有數據

    public synchronized void set(String name, int age) {
        // 如果有數據，就等待
        if (this.flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 設置數據
        this.name = name;
        this.age = age;

        // 修改標記
        this.flag = true;
        this.notify();
    }

    public synchronized void get() {
        // 如果沒有數據，就等待
        if (!this.flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 獲取數據
        System.out.println(this.name + "---" + this.age);

        // 修改標記
        this.flag = false;
        this.notify();
    }
}

public class GetThread implements Runnable {
    private Student s;

    public GetThread(Student s) {
        this.s = s;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            s.get();
        }
    }
}

public class SetThread implements Runnable {

    private Student s;
    private int x = 0;

    public SetThread(Student s) {
        this.s = s;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (x % 2 == 0) {
                s.set("林青霞", 27);
            } else {
                s.set("劉意", 30);
            }
            x++;
        }
    }
}

public class StudentDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //創建資源
        Student s = new Student();
        
        //設置和獲取的類
        SetThread st = new SetThread(s);
        GetThread gt = new GetThread(s);

        //線程類
        Thread t1 = new Thread(st);
        Thread t2 = new Thread(gt);

        //啟動線程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}