聖誕老人的節日競賽：Java 多線程的魔力-java教程-PHP中文網

在遙遠的冰雪王國裡，雪堆像鑽石一樣閃閃發光，星星低語著童話故事，聖誕老人正在為一年中最神奇的夜晚做準備。他的工廠像一架巨大的樂器一樣嗡嗡作響：精靈們拿著盒子跑來跑去，玩具閃閃發光，每一件新的現成禮物都敲響了鈴聲。

但是魔法受到了威脅。

「玩具太多！飼料已滿！」— 精靈首席製作人抱怨道。
「我們沒時間收拾行李！」 - 包裝精靈附和著他。

聖誕老公公想：「我怎麼幫助我的精靈呢？他們已經盡力了，但他們離不開魔法。」

第一個魔法：同步

聖誕老人求助於一種名為「同步」的咒語。它創造了一個保護屏障，讓精靈們在使用普通膠帶時就不會互相推擠和困惑。

「現在一次只有一個人可以放下或拿起玩具，」聖誕老人解釋道。

這就是它的樣子：

class SantaFactory {
    private final Queue<String> conveyorBelt = new LinkedList<>();
    private final int MAX_CAPACITY = 10;

    public void produce(String toy) throws InterruptedException {
        synchronized (conveyorBelt) {
            while (conveyorBelt.size() == MAX_CAPACITY) {
                System.out.println("Производитель ждёт: лента заполнена!");
                conveyorBelt.wait(); // Производитель ждёт, пока появится место
            }
            conveyorBelt.add(toy);
            System.out.println("Игрушка произведена: " + toy);
            conveyorBelt.notifyAll(); // Уведомляем упаковщиков о новой игрушке
        }
    }

    public void consume() throws InterruptedException {
        synchronized (conveyorBelt) {
            while (conveyorBelt.isEmpty()) {
                System.out.println("Потребитель ждёт: игрушек нет!");
                conveyorBelt.wait(); // Упаковщик ждёт, пока появится игрушка
            }
            String toy = conveyorBelt.poll();
            System.out.println("Игрушка упакована: " + toy);
            conveyorBelt.notifyAll(); // Уведомляем производителей о свободном месте
        }
    }
}

登入後複製

wait和notifyAll的神奇屬性：

wait()：使執行緒休眠，直到某個條件（例如空磁帶）變成 false。
notifyAll()：喚醒所有等待線程，檢查它們是否可以繼續。

第二個魔法：BlockingQueue

聖誕老人意識到精靈們經常忘記叫notifyAll，這造成了延遲。然後他使用了一個神奇的工具——BlockingQueue，它本身就負責處理線程。

Праздничные гонки Санты: Волшебство многопоточности Java
BlockingQueue 執行以下操作：

如果磁帶已滿，製造商會自動等待。
如果磁帶是空的，打包者自己就會明白他需要等待。

class SantaFactory {
    private final Queue<String> conveyorBelt = new LinkedList<>();
    private final int MAX_CAPACITY = 10;

    public void produce(String toy) throws InterruptedException {
        synchronized (conveyorBelt) {
            while (conveyorBelt.size() == MAX_CAPACITY) {
                System.out.println("Производитель ждёт: лента заполнена!");
                conveyorBelt.wait(); // Производитель ждёт, пока появится место
            }
            conveyorBelt.add(toy);
            System.out.println("Игрушка произведена: " + toy);
            conveyorBelt.notifyAll(); // Уведомляем упаковщиков о новой игрушке
        }
    }

    public void consume() throws InterruptedException {
        synchronized (conveyorBelt) {
            while (conveyorBelt.isEmpty()) {
                System.out.println("Потребитель ждёт: игрушек нет!");
                conveyorBelt.wait(); // Упаковщик ждёт, пока появится игрушка
            }
            String toy = conveyorBelt.poll();
            System.out.println("Игрушка упакована: " + toy);
            conveyorBelt.notifyAll(); // Уведомляем производителей о свободном месте
        }
    }
}

登入後複製

第三個魔法：執行器和執行緒池

為了讓精靈們不累，聖誕老公公創造了一個神奇的工具－線程池。現在每個精靈各司其職，數量也自動調節。
Праздничные гонки Санты: Волшебство многопоточности Java
「精靈們不會再互相追趕了，一切都很順利。」聖誕老人高興地說。

程式碼範例：

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;

class SantaFactoryBlocking {
    private final BlockingQueue<String> conveyorBelt = new ArrayBlockingQueue<>(10);

    public void produce(String toy) throws InterruptedException {
        conveyorBelt.put(toy); // Если лента заполнена, поток автоматически ждёт
        System.out.println("Игрушка произведена: " + toy);
    }

    public void consume() throws InterruptedException {
        String toy = conveyorBelt.take(); // Если лента пуста, поток автоматически ждёт
        System.out.println("Игрушка упакована: " + toy);
    }
}

登入後複製

執行者的魔法屬性：

newFixedThreadPool(n)：建立一個將被重複使用的 n 個執行緒池。
提交（任務）：在其中一個執行緒中啟動一項任務。
shutdown()：所有任務完成後停止執行。

第四個魔法：CompletableFuture

Праздничные гонки Санты: Волшебство многопоточности Java
在最後階段，聖誕老人添加了一點額外的魔法：現在精靈們非同步工作，這加快了進程。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class SantaRaceWithExecutors {
    public static void main(String[] args) {
        SantaFactoryBlocking factory = new SantaFactoryBlocking();
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4); // 4 эльфа

        // Запускаем 2 производителя
        for (int i = 1; i <= 2; i++) {
            executor.submit(() -> {
                try {
                    for (int j = 1; j <= 20; j++) {
                        factory.produce("Игрушка #" + j);
                        Thread.sleep(100); // Производство занимает время
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            });
        }

        // Запускаем 2 упаковщика
        for (int i = 1; i <= 2; i++) {
            executor.submit(() -> {
                try {
                    for (int j = 1; j <= 20; j++) {
                        factory.consume();
                        Thread.sleep(150); // Упаковка занимает время
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            });
        }

        executor.shutdown(); // Завершаем работу после выполнения всех задач
    }
}

登入後複製