Java并发(十二)----线程应用之多线程解决烧水泡茶问题

2023-08-21,

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)

Java并发(十二)----线程应用之多线程解决烧水泡茶问题的相关教程结束。

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