Java程序员：如果把线程当作一个人来对待，所有问题都简单易懂了
多线程的问题都曾经困扰过每个开发人员，今天将从全新视角来解说，希望读者都能明白。
问题究竟出在哪里？
事情起因：线程可以独立自主的运行，可以认为它具有主观能动性。
造成结果：对它的掌控能力变弱了，而且又不能直接把它“干掉”。
解决方案：凡事商量着来，互相配合着把事情完成。
作者观点：其实就是把线程当作人来对待。
场景一，停止
“大胖，大胖，12点了，该去吃饭了，别写了”
“好的，好的，稍等片刻，把这几行代码写完就走”
要点：把停止的信号传达给别人，别人处理完手头的事情就自己主动停止了。
static void stopByFlag() {
ARunnable ar = new ARunnable();
new Thread(ar).start();
ar.tellToStop();
}
static class ARunnable implements Runnable {
volatile boolean stop;
void tellToStop() {
stop = true;
}
@Override
public void run() {
println("进入不可停止区域 1。。。");
doingLongTime(5);
println("退出不可停止区域 1。。。");
println("检测标志stop = %s", String.valueOf(stop));
if (stop) {
println("停止执行");
return;
}
println("进入不可停止区域 2。。。");
doingLongTime(5);
println("退出不可停止区域 2。。。");
}
}
解说：线程在预设的地点检测flag，来决定是否停止。
场景二，暂停/恢复
“大胖，大胖，先别发请求了，对方服务器快挂了”
“好的，好的，等这个执行完就不发了”
过了一会
“大胖，大胖，可以重新发请求了”
“好的，好的”
要点：把暂停的信号传达给别人，别人处理完手头的事情就自己主动暂停了。但是恢复是无法自主进行的，只能由操作系统来恢复线程的执行。
static void pauseByFlag() {
BRunnable br = new BRunnable();
new Thread(br).start();
br.tellToPause();
sleep(8);
br.tellToResume();
}
static class BRunnable implements Runnable {
volatile boolean pause;
void tellToPause() {
pause = true;
}
void tellToResume() {
synchronized (this) {
this.notify();
}
}
@Override public void run() {
println("进入不可暂停区域 1。。。");
doingLongTime(5);
println("退出不可暂停区域 1。。。");
println("检测标志pause = %s", String.valueOf(pause));
if (pause) {
println("暂停执行");
try { synchronized (this) {
this.wait();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
println("恢复执行");
}
println("进入不可暂停区域 2。。。");
doingLongTime(5);
println("退出不可暂停区域 2。。。");
}
}
解说：还是在预设的地点检测flag。然后就是wait/notify配合使用。
场景三，插队
“大胖，大胖，让我站到你前面，不想排队了”
“好吧”
要点：别人插队到你前面，必须等他完事后才轮到你。
static void jqByJoin() {
CRunnable cr = new CRunnable();
Thread t = new Thread(cr);
t.start();
sleep(1);
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} println("终于轮到我了");
}
static class CRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
println("进入不可暂停区域 1。。。");
doingLongTime(5);
println("退出不可暂停区域 1。。。");
}
}
解说：join方法可以让某个线程插到自己前面，等它执行完，自己才会继续执行。
场景四，叫醒
“大胖，大胖，醒醒，醒醒，看谁来了”
“谁啊，我去”
要点：要把别人从睡梦中叫醒，一定要采取稍微暴力一点的手段。
static void stopByInterrupt() {
DRunnable dr = new DRunnable();
Thread t = new Thread(dr);
t.start();
sleep(2);
t.interrupt();
}
static class DRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
println("进入暂停。。。");
try {
sleep2(5);
} catch (InterruptedException e) {
println("收到中断异常。。。");
println("做一些相关处理。。。");
}
println("继续执行或选择退出。。。");
}
}
解说：线程在sleep或wait时，是处于无法交互的状态的，此时只能使用interrupt方法中断它，线程会被激活并收到中断异常。
常见的协作配合
上面那些场景，其实都是对一个线程的操作，下面来看多线程间的一些配合。
事件一，考试
假设今天考试，20个学生，1个监考老师。规定学生可以提前交卷，即把卷子留下，直接走人就行了。但老师必须等到所有的学生都走后，才可以收卷子，然后装订打包。如果把学生和老师都看作线程，就是1个线程和20个线程的配合问题，即等20个线程都结束了，这1个线程才开始。
比如20个线程分别在计算数据，等它们都结束后得到20个中间结果，最后这1个线程再进行后续汇总、处理等。
static final int COUNT = 20;
static CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(COUNT);
public static void main(String[] args) throws Exception {
new Thread(new Teacher(cdl)).start();
sleep(1);
for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
new Thread(new Student(i, cdl)).start();
}
synchronized (ThreadCo1.class) {
ThreadCo1.class.wait();
}
}
static class Teacher implements Runnable {
CountDownLatch cdl;
Teacher(CountDownLatch cdl) {
this.cdl = cdl;
}
@Override
public void run() { println("老师发卷子。。。");
try {
cdl.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
println("老师收卷子。。。");
}
}
static class Student implements Runnable {
CountDownLatch cdl;
int num;
Student(int num, CountDownLatch cdl) {
this.num = num;
this.cdl = cdl;
}
@Override
public void run() {
println("学生(%d)写卷子。。。", num);
doingLongTime();
println("学生(%d)交卷子。。。", num);
cdl.countDown();
}
}
解说：每完成一个线程，计数器减1，当减到0时，被阻塞的线程自动执行。
事件二，劳动
大胖和小白去了创业公司，公司为了节约开支，没有请专门的保洁人员。让员工自己扫地和擦桌。
大胖觉得擦桌轻松，就让小白去扫地。可小白觉得扫地太累，也想擦桌。
为了公平起见，于是决定，每人先干一半，然后交换工具，再接着干对方剩下的那一个半。
static Exchangerex = new Exchanger<>();
public static void main(String[] args) throws Exception {
new Thread(new Staff("大胖", new Tool("笤帚", "扫地"), ex)).start();
new Thread(new Staff("小白", new Tool("抹布", "擦桌"), ex)).start();
synchronized (ThreadCo3.class) {
ThreadCo3.class.wait();
}
}
static class Staff implements Runnable {
String name;
Tool tool;
Exchangerex;
Staff(String name, Tool tool, Exchanger ex) {
this.name = name;
this.tool = tool;
this.ex = ex;
}
@Override
public void run() {
println("%s拿的工具是[%s]，他开始[%s]。。。", name, tool.name, tool.work);
doingLongTime();
println("%s开始交换工具。。。", name);
try {
tool = ex.exchange(tool);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
println("%s的工具变为[%s]，他开始[%s]。。。", name, tool.name, tool.work);
}
}
static class Tool {
String name;
String work;
Tool(String name, String work) {
this.name = name; this.work = work;
}
}
解说：两个线程在预设点交换变量，先到达的等待对方。
生产与销售的问题
工厂生产出来的产品会先放到仓库存储，销售人员签了单子后，会从仓库把产品发给客户。
如果生产的过快，仓库里产品越堆越多，直到把仓库堆满，那就必须停止生产，因为没地方放了。 此时只能让销售人员赶紧出去签单子，把产品发出去，仓库就有了空间，可以恢复生产了。
如果销售的过快，仓库里产品越来越少，直到把仓库清空，那就必须停止销售，因为没产品了。 此时只能让生产人员赶紧生产产品，把产品放到仓库里，仓库里就有了产品，可以恢复销售了。 可能会有人问，为什么不让生产和销售直接挂钩呢，把仓库这个环节去掉？
这样会造成两种不好的情况：
一是突然来了很多单子，生产人员累成死Dog也生产不出来。
二是很长时间没有单子，生产人员闲成废Dog也无事可做。 仓库就是一个缓冲区，能有效的吸收波动，很大程度上减少波动的传递，起到一种解耦作用，由强耦合变成一种松散耦合。 这其实就对应计算机里经典的生产者和消费者问题。
经典的生产者和消费者
一到多个线程充当生产者，生产元素。一到多个线程充当消费者，消费元素。 在两者之间插入一个队列（Queue）充当缓冲区，建立起生产者和消费者的松散耦合。
正常情况下，即生产元素的速度和消费元素的速度差不多时，生产者和消费者其实是不需要去关注对方的。 生产者可以一直生产，因为队列里总是有空间。消费者可以一直消费，因为队列里总是有元素。即达到一个动态的平衡。 但在特殊情况下，比如生产元素的速度很快，队列里没有了空间，此时生产者必须自我“ba工”，开始“睡大觉”。
一旦消费者消费了元素之后，队列里才会有空间，生产者才可以重启生产，所以，消费者在消费完元素后有义务去叫醒生产者复工。 更准确的说法应该是，只有在生产者“睡大觉”时，消费者消费完元素后才需要去叫醒生产者。否则，其实可以不用叫醒，因为人家本来就没睡。 反之，如果消费元素的速度很快，队列里没有了元素，只需把上述情况颠倒过来即可。 但这样的话就会引入一个新的问题，就是要能够准备的判断出对方有没有在睡大觉，为此就必须定义一个状态变量，在自己即将开始睡大觉时，自己设置下这个变量。
对方通过检测这个变量，来决定是否进行叫醒操作。当自己被叫醒后，首先要做的就是清除一下这个变量，表明我已经醒来复工了。 这样就需要多维护一个变量和多了一部分判断逻辑。可能有些人会觉得可以通过判断队列的“空”或“满”（即队列中的元素数目）来决定是否进行叫醒操作。 在高并发下，可能刚刚判断队列不为空，瞬间之后队列可能已经变为空的了，这样会导致逻辑出错。线程可能永远无法被叫醒。 因此，综合所有，生产者每生产一个元素后，都会通知消费者，“现在有元素的，你可以消费”。
同样，消费者每消费一个元素后，也会通知生产者，“现在有空间的，你可以生产”。 很明显，这些通知很多时候（即对方没有睡大觉时）是没有真正意义的，不过无所谓，只要忽略它们就行了。
