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线程协作

在多线程开发中，为避免共享资源数据错误，常使用互斥（synchronized）机制实现多线程对共享资源的访问同步。然而，当线程间需要相互提供支持的情况下，仅有互斥机制是不够的，这就是线程协作机制起作用的时候了。

• 线程协作是多线程互斥同步的基础上，使线程之间依照一定条件，有目的、有计划地交互协同工作，这是一种较高级的线程同步方式。

• Java提供了一个精心设计的线程间通信机制即wait-notify机制，通过该机制可以实现线程协作。

• wait-notify机制是通过使用wait()、notify()和notifyAll()三个方法来实现的。

  这三个方法均定义在Object类中，是final修饰的实例方法。

  这三个方法必须在synchronized代码中调用，而且只有通过锁对象才能调用这三个方法。

• wait()方法

  通过当前同步锁调用该方法的线程在当前同步锁下进入等待状态，直到其他线程通过相同的同步锁调用notify( )或者notifyAll()方法。

• notify( )

  通过当前同步锁调用该方法，唤醒在当前同步锁下等待的线程中的一个结束等待。

• notifyAll()

  通过当前同步锁调用该方法，唤醒在当前同步锁下等待的所有线程结束等待。

生产者和消费者问题

在多线程程序设计中，生产者和消费者问题是典型的需要线程协作的场景。这类问题一般存在两类线程和一个共享数据资源，一类是提供共享数据的线程即生产者，另一类消耗共享数据的线程即消费者。这类问题具有以下特点：

• 一方面为防止数据错误，生产者和消费者是互斥的，任何一方访问共享数据时，另一方不能访问共享数据；
• 另一方面生产者和消费互相需要对方。生产者不能无限制提供数据，当共享数据达到最大量时，需要让消费者消耗数据。消费者也不能无限制消耗数据，当已无共享数据，需要让生产者提供数据。

案例-面包店

说明

面包店的柜橱用来存放面包，面包师傅负责将烤好面包放到柜橱中，店面伙计负责将柜橱中的面包售出。存在以下两种问题：

1. 柜橱放满了，新面包没处放；
2. 柜橱空了，但是面包仍在销售中。

解决问题的办法

• 师傅检查橱柜，若橱柜未满放入面包，同时通知伙计有面包卖，若橱柜满师傅暂停工作，直到收到伙计通知可以放面包了。
• 伙计检查橱柜，若橱柜未空销售面包，同时通知师傅可以放面包，若橱柜空伙计暂停工作，直到收到师傅通知有面包卖。

代码实现

开发面包柜（共享数据资源）

//面包柜public class Cupboard {		private int count;//面包数量	private int size;//面包容量		public Cupboard(int size ){		this.size=size;	}		//放入一个面包，该方法是同步方法，同步锁为this	public synchronized void add(){		while(this.isFull()) {			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":柜内面包数:"+count+"，已满！等待中......");			try {				this.wait();//在当前同步锁对象（this）下等待			} catch (InterruptedException e) {				e.printStackTrace();			}		}		count++;		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":放入一个面包,柜内面包数:"+count);		this.notifyAll();//唤醒在当前同步锁对象（this）下等待的所有线程		Thread.yield();//让步，给其它线程以运行机会	}		//取出一个面包，该方法是同步方法，同步锁为this	public synchronized void remove(){		while(this.isEmpty()) {			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":柜内面包数:"+count+"，已空！等待中......");			try {				this.wait();//在当前同步锁对象（this）下等待			} catch (InterruptedException e) {				e.printStackTrace();			}		}		count--;		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":取出一个面包,柜内面包数:"+count);		this.notifyAll();//唤醒在当前同步锁对象（this）下等待的所有线程		Thread.yield();//让步，给其它线程以运行机会	}		//面包柜是否为空	public boolean isEmpty(){		return count<1;	}		//面包柜是否已满	public boolean isFull(){		return count>=size;	}}

测试代码

public class Test {	public static void main(String[] args) {				final Cupboard cupboard = new Cupboard(5);//创建面包柜，容量为5个面包				//创建三个面包师线程和三个伙计线程，并启动。每个面包师烤一百个面包，每个伙计销售一百个面包。		for(int i=1;i<=3;i++) {						//面包师线程			new Thread("面包师"+i) {				public void run() {					for(int i=0;i<100;i++) {						cupboard.add();					}				}			}.start();						//伙计线程			new Thread("伙计"+i) {				public void run() {					for(int i=0;i<100;i++) {						cupboard.remove();					}				}			}.start();					}	}}

运行结果截图如下：

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