• Java并发(十二)----线程应用之多线程解决烧水泡茶问题


    1、背景

    统筹方法,是一种安排工作进程的数学方法。它的实用范围极广泛,在企业管理和基本建设中,以及关系复杂的科研项目的组织与管理中,都可以应用。

    怎样应用呢?主要是把工序安排好。

    比如,想泡壶茶喝。当时的情况是:开水没有;水壶要洗,茶壶、茶杯要洗;火已生了,茶叶也有了。怎么办?

    • 办法甲:洗好水壶,灌上凉水,放在火上;在等待水开的时间里,洗茶壶、洗茶杯、拿茶叶;等水开了,泡茶喝。

    • 办法乙:先做好一些准备工作,洗水壶,洗茶壶茶杯,拿茶叶;一切就绪,灌水烧水;坐待水开了,泡茶喝。

    • 办法丙:洗净水壶,灌上凉水,放在火上,坐待水开;水开了之后,急急忙忙找茶叶,洗茶壶茶杯,泡茶喝。

    哪一种办法省时间?我们能一眼看出,第一种办法好,后两种办法效率较低。

    水壶不洗,不能烧开水,因而洗水壶是烧开水的前提。没开水、没茶叶、不洗茶壶茶杯,就不能泡茶,因而这些又是泡茶的前提。它们的相互关系,可以用下边的箭头图来表示:

    从这个图上可以一眼看出,办法甲总共要16分钟(而办法乙、丙需要20分钟)。如果要缩短工时、提高工作效率,应当主要抓烧开水这个环节,而不是抓拿茶叶等环节。同时,洗茶壶茶杯、拿茶叶总共不过4分钟,大可利用“等水开”的时间来做。

    洗茶壶,洗茶杯,拿茶叶,或先或后,关系不大,而且同是一个人的活儿,因而可以合并成为:

     

    2、思路

    参考上图,用两个线程(两个人协作)模拟烧水泡茶过程

    文中办法乙、丙都相当于任务串行

    而图一相当于启动了 4 个线程,有点浪费

    用 sleep(n) 模拟洗茶壶、洗水壶等耗费的时间

    3、解法1:join

    @Slf4j(topic = "c.Test16")
    public class Test16 {
    ​
        public static void main(String[] args) {
            Thread t1 = new Thread(() -> {
                log.debug("洗水壶");
                // TimeUnit.SECONDS.sleep(i); 
                sleep(1);  // sleep 1s  可使用上方的代码睡眠
                log.debug("烧开水");
                sleep(5); // sleep 5s
            },"老王");
    ​
            Thread t2 = new Thread(() -> {
                log.debug("洗茶壶");
                sleep(1); // sleep 1s
                log.debug("洗茶杯");
                sleep(2); // sleep 2s
                log.debug("拿茶叶");
                sleep(1); // sleep 1s
                try {
                    t1.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                log.debug("泡茶");
            },"小王");
    ​
            t1.start();
            t2.start();
        }
    }

    输出

    解法1 的缺陷:

    • 上面模拟的是小王等老王的水烧开了,小王泡茶,如果反过来要实现老王等小王的茶叶拿来了,老王泡茶呢?代码最好能适应两种情况

    • 上面的两个线程其实是各执行各的,如果要模拟老王把水壶交给小王泡茶,或模拟小王把茶叶交给老王泡茶呢

    4、解法2:wait/notify

    class S2 {
        static String kettle = "冷水";
        static String tea = null;
        static final Object lock = new Object();
        static boolean maked = false;
    ​
        public static void makeTea() {
            new Thread(() -> {
                log.debug("洗水壶");
                sleep(1);
                log.debug("烧开水");
                sleep(5);
                synchronized (lock) {
                    kettle = "开水";
                    lock.notifyAll();
                    while (tea == null) {
                        try {
                            lock.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    if (!maked) {
                        log.debug("拿({})泡({})", kettle, tea);
                        maked = true;
                    }
                }
            }, "老王").start();
    ​
            new Thread(() -> {
                log.debug("洗茶壶");
                sleep(1);
                log.debug("洗茶杯");
                sleep(2);
                log.debug("拿茶叶");
                sleep(1);
                synchronized (lock) {
                    tea = "花茶";
                    lock.notifyAll();
                    while (kettle.equals("冷水")) {
                        try {
                            lock.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    if (!maked) {
                        log.debug("拿({})泡({})", kettle, tea);
                        maked = true;
                    }
                }
            }, "小王").start();
        }
    }

    输出

    20:04:48.179 c.S2 [小王] - 洗茶壶
    20:04:48.179 c.S2 [老王] - 洗水壶
    20:04:49.185 c.S2 [老王] - 烧开水
    20:04:49.185 c.S2 [小王] - 洗茶杯
    20:04:51.185 c.S2 [小王] - 拿茶叶
    20:04:54.185 c.S2 [老王] - 拿(开水)泡(花茶)

    解法2 解决了解法1 的问题,不过老王和小王需要相互等待,不如他们只负责各自的任务,泡茶交给第三人来做

    5、解法3:第三者协调

    class S3 {
        static String kettle = "冷水";
        static String tea = null;
        static final Object lock = new Object();
    ​
        public static void makeTea() {
            new Thread(() -> {
                log.debug("洗水壶");
                sleep(1);
                log.debug("烧开水");
                sleep(5);
                synchronized (lock) {
                    kettle = "开水";
                    lock.notifyAll();
                }
            }, "老王").start();
    ​
            new Thread(() -> {
                log.debug("洗茶壶");
                sleep(1);
                log.debug("洗茶杯");
                sleep(2);
                log.debug("拿茶叶");
                sleep(1);
                synchronized (lock) {
                    tea = "花茶";
                    lock.notifyAll();
                }
            }, "小王").start();
    ​
            new Thread(() -> {
                synchronized (lock) {
                    while (kettle.equals("冷水") || tea == null) {
                        try {
                            lock.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    log.debug("拿({})泡({})", kettle, tea);
                }
            }, "王夫人").start();
    ​
        }
    }

    输出

    20:13:18.202 c.S3 [小王] - 洗茶壶
    20:13:18.202 c.S3 [老王] - 洗水壶
    20:13:19.206 c.S3 [小王] - 洗茶杯
    20:13:19.206 c.S3 [老王] - 烧开水
    20:13:21.206 c.S3 [小王] - 拿茶叶
    20:13:24.207 c.S3 [王夫人] - 拿(开水)泡(花茶)

     

     



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