圣诞老人的节日竞赛：Java 多线程的魔力-java教程-PHP中文网

在遥远的冰雪王国里，雪堆像钻石一样闪闪发光，星星低语着童话故事，圣诞老人正在为一年中最神奇的夜晚做准备。他的工厂像一架巨大的乐器一样嗡嗡作响：精灵们拿着盒子跑来跑去，玩具闪闪发光，每一件新的现成礼物都敲响了铃声。

但是魔法受到了威胁。

“玩具太多！饲料已满！” ——精灵首席制作人抱怨道。
“我们没时间收拾行李！” - 包装精灵附和着他。

圣诞老人想：“我怎样才能帮助我的精灵呢？他们已经尽力了，但他们离不开魔法。”

第一个魔法：同步

圣诞老人求助于一种名为“同步”的咒语。它创造了一个保护屏障，这样精灵们在使用普通胶带时就不会互相推挤和困惑。

“现在一次只有一个人可以放下或拿起玩具，”圣诞老人解释道。

这就是它的样子：

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
        }
    }
}

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wait和notifyAll的神奇属性：

wait()：使线程休眠，直到某个条件（例如空磁带）变为 false。
notifyAll()：唤醒所有等待线程，检查它们是否可以继续。

第二个魔法：BlockingQueue

圣诞老人意识到精灵们经常忘记调用notifyAll，这造成了延迟。然后他使用了一个神奇的工具——BlockingQueue，它本身就负责处理线程。

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

如果磁带已满，制造商会自动等待。
如果磁带是空的，打包者自己就会明白他需要等待。

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
        }
    }
}

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第三个魔法：执行器和线程池

为了让精灵们不累，圣诞老人创造了一个神奇的工具——线程池。现在每个精灵各司其职，数量也自动调节。
Праздничные гонки Санты: Волшебство многопоточности Java
“精灵们不会再互相追赶了，一切都很顺利。”圣诞老人高兴地说。

代码示例：

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);
    }
}

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执行者的魔法属性：

newFixedThreadPool(n)：创建一个将被重用的 n 个线程池。
提交（任务）：在其中一个线程中启动一项任务。
shutdown()：所有任务完成后停止执行。

第四个魔法：CompletableFuture

Праздничные гонки Санты: Волшебство многопоточности Java
在最后阶段，圣诞老人添加了一点额外的魔法：现在精灵们异步工作，这加快了进程。

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
    }
}

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