java多線程總結

java多線程總結

以前沒有寫筆記的習慣,現在慢慢的發現及時總結是多麼的重要了,呵呵。雖然才大二,但是也快要畢業了,要加油了。

這一篇文章主要關於java多線程,主要還是以例子來驅動的。因爲講解多線程的書籍和文章已經很多了,所以我也不好意思多說,呵呵、大家可以去參考一些那些書籍。我這個文章主要關於實際的一些問題。同時也算是我以後複習的資料吧,。呵呵大家多多指教。

同時希望多結交一些技術上的朋友。謝謝。

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                                                                              java中的多線程

在java中要想實現多線程,有兩種手段,一種是繼續Thread類,另外一種是實現Runable接口。

對於直接繼承Thread的類來說,代碼大致框架是:

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class 類名 extends Thread{
方法1;
方法2
public void run(){
// other code…
}
屬性1
屬性2
 
}

先看一個簡單的例子:

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/**
 * @author Rollen-Holt 繼承Thread類,直接調用run方法
 * */
class hello extends Thread {
 
    public hello() {
 
    }
 
    public hello(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(name + "運行     " + i);
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello h1=new hello("A");
        hello h2=new hello("B");
        h1.run();
        h2.run();
    }
 
    private String name;
}

【運行結果】:

A運行     0

A運行     1

A運行     2

A運行     3

A運行     4

B運行     0

B運行     1

B運行     2

B運行     3

B運行     4

我們會發現這些都是順序執行的,說明我們的調用方法不對,應該調用的是start()方法。

當我們把上面的主函數修改爲如下所示的時候:

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public static void main(String[] args) {
        hello h1=new hello("A");
        hello h2=new hello("B");
        h1.start();
        h2.start();
    }

然後運行程序,輸出的可能的結果如下:

A運行     0

B運行     0

B運行     1

B運行     2

B運行     3

B運行     4

A運行     1

A運行     2

A運行     3

A運行     4

因爲需要用到CPU的資源,所以每次的運行結果基本是都不一樣的,呵呵。

注意:雖然我們在這裏調用的是start()方法,但是實際上調用的還是run()方法的主體。

那麼:爲什麼我們不能直接調用run()方法呢?

我的理解是:線程的運行需要本地操作系統的支持。

如果你查看start的源代碼的時候,會發現:

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public synchronized void start() {
        /**
     * This method is not invoked for the main method thread or "system"
     * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
     * to this method in the future may have to also be added to the VM.
     *
     * A zero status value corresponds to state "NEW".
         */
        if (threadStatus != 0 || this != me)
            throw new IllegalThreadStateException();
        group.add(this);
        start0();
        if (stopBeforeStart) {
        stop0(throwableFromStop);
    }
}
private native void start0();

注意我用紅色加粗的那一條語句,說明此處調用的是start0()。並且這個這個方法用了native關鍵字,次關鍵字表示調用本地操作系統的函數。因爲多線程的實現需要本地操作系統的支持。

但是start方法重複調用的話,會出現java.lang.IllegalThreadStateException異常。

通過實現Runnable接口:

 

大致框架是:

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class 類名 implements Runnable{
方法1;
方法2
public void run(){
// other code…
}
屬性1
屬性2
 
}

來先看一個小例子吧:

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/**
 * @author Rollen-Holt 實現Runnable接口
 * */
class hello implements Runnable {
 
    public hello() {
 
    }
 
    public hello(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(name + "運行     " + i);
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello h1=new hello("線程A");
        Thread demo= new Thread(h1);
        hello h2=new hello("線程B");
        Thread demo1=new Thread(h2);
        demo.start();
        demo1.start();
    }
 
    private String name;
}

【可能的運行結果】:

線程A運行     0

線程B運行     0

線程B運行     1

線程B運行     2

線程B運行     3

線程B運行     4

線程A運行     1

線程A運行     2

線程A運行     3

線程A運行     4

 

關於選擇繼承Thread還是實現Runnable接口?

其實Thread也是實現Runnable接口的

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class Thread implements Runnable {
    //…
public void run() {
        if (target != null) {
             target.run();
        }
        }
}

其實Thread中的run方法調用的是Runnable接口的run方法。不知道大家發現沒有,Thread和Runnable都實現了run方法,這種操作模式其實就是代理模式。關於代理模式,我曾經寫過一個小例子呵呵,大家有興趣的話可以看一下:http://www.cnblogs.com/rollenholt/archive/2011/08/18/2144847.html

Thread和Runnable的區別:

如果一個類繼承Thread,則不適合資源共享。但是如果實現了Runable接口的話,則很容易的實現資源共享。

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/**
 * @author Rollen-Holt 繼承Thread類,不能資源共享
 * */
class hello extends Thread {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 7; i++) {
            if (count > 0) {
                System.out.println("count= " + count--);
            }
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello h1 = new hello();
        hello h2 = new hello();
        hello h3 = new hello();
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
    }
 
    private int count = 5;
}

【運行結果】:

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

大家可以想象,如果這個是一個買票系統的話,如果count表示的是車票的數量的話,說明並沒有實現資源的共享。

我們換爲Runnable接口:

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/**
 * @author Rollen-Holt 繼承Thread類,不能資源共享
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 7; i++) {
            if (count > 0) {
                System.out.println("count= " + count--);
            }
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he=new hello();
        new Thread(he).start();
    }
 
    private int count = 5;
}

【運行結果】:

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

 

總結一下吧:

實現Runnable接口比繼承Thread類所具有的優勢:

1):適合多個相同的程序代碼的線程去處理同一個資源

2):可以避免java中的單繼承的限制

3):增加程序的健壯性,代碼可以被多個線程共享,代碼和數據獨立。

所以,本人建議大家勁量實現接口。

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/**
 * @author Rollen-Holt
 * 取得線程的名稱
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        new Thread(he,"A").start();
        new Thread(he,"B").start();
        new Thread(he).start();
    }
}

【運行結果】:

A

A

A

B

B

B

Thread-0

Thread-0

Thread-0

說明如果我們沒有指定名字的話,系統自動提供名字。

提醒一下大家:main方法其實也是一個線程。在java中所以的線程都是同時啓動的,至於什麼時候,哪個先執行,完全看誰先得到CPU的資源。

 

java中,每次程序運行至少啓動2個線程。一個是main線程,一個是垃圾收集線程。因爲每當使用java命令執行一個類的時候,實際上都會啓動一個JVM,每一個jVM實習在就是在操作系統中啓動了一個進程。

判斷線程是否啓動

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/**
 * @author Rollen-Holt 判斷線程是否啓動
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread demo = new Thread(he);
        System.out.println("線程啓動之前---》" + demo.isAlive());
        demo.start();
        System.out.println("線程啓動之後---》" + demo.isAlive());
    }
}

【運行結果】

線程啓動之前---》false

線程啓動之後---》true

Thread-0

Thread-0

Thread-0

主線程也有可能在子線程結束之前結束。並且子線程不受影響,不會因爲主線程的結束而結束。

 

線程的強制執行:

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/**
     * @author Rollen-Holt 線程的強制執行
     * */
    class hello implements Runnable {
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            }
        }
     
        public static void main(String[] args) {
            hello he = new hello();
            Thread demo = new Thread(he,"線程");
            demo.start();
            for(int i=0;i<50;++i){
                if(i>10){
                    try{
                        demo.join();  //強制執行demo
                    }catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("main 線程執行-->"+i);
            }
        }
    }

【運行的結果】:

main 線程執行-->0

main 線程執行-->1

main 線程執行-->2

main 線程執行-->3

main 線程執行-->4

main 線程執行-->5

main 線程執行-->6

main 線程執行-->7

main 線程執行-->8

main 線程執行-->9

main 線程執行-->10

線程

線程

線程

main 線程執行-->11

main 線程執行-->12

main 線程執行-->13

...

 

線程的休眠:

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/**
 * @author Rollen-Holt 線程的休眠
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + i);
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread demo = new Thread(he, "線程");
        demo.start();
    }
}

【運行結果】:(結果每隔2s輸出一個)

線程0

線程1

線程2

 

線程的中斷:

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/**
 * @author Rollen-Holt 線程的中斷
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println("執行run方法");
        try {
            Thread.sleep(10000);
            System.out.println("線程完成休眠");
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("休眠被打斷");
            return//返回到程序的調用處
        }
        System.out.println("線程正常終止");
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread demo = new Thread(he, "線程");
        demo.start();
        try{
            Thread.sleep(2000);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        demo.interrupt(); //2s後中斷線程
    }
}

【運行結果】:

執行run方法

休眠被打斷

 

java程序中,只要前臺有一個線程在運行,整個java程序進程不會小時,所以此時可以設置一個後臺線程,這樣即使java進程小時了,此後臺線程依然能夠繼續運行。

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/**
 * @author Rollen-Holt 後臺線程
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在運行");
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread demo = new Thread(he, "線程");
        demo.setDaemon(true);
        demo.start();
    }
}

雖然有一個死循環,但是程序還是可以執行完的。因爲在死循環中的線程操作已經設置爲後臺運行了。

線程的優先級:

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/**
 * @author Rollen-Holt 線程的優先級
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for(int i=0;i<5;++i){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"運行"+i);
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        Thread h1=new Thread(new hello(),"A");
        Thread h2=new Thread(new hello(),"B");
        Thread h3=new Thread(new hello(),"C");
        h1.setPriority(8);
        h2.setPriority(2);
        h3.setPriority(6);
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
         
    }
}

【運行結果】:

A運行0

A運行1

A運行2

A運行3

A運行4

B運行0

C運行0

C運行1

C運行2

C運行3

C運行4

B運行1

B運行2

B運行3

B運行4

。但是請讀者不要誤以爲優先級越高就先執行。誰先執行還是取決於誰先去的CPU的資源、

 

另外,主線程的優先級是5.

線程的禮讓。

在線程操作中,也可以使用yield()方法,將一個線程的操作暫時交給其他線程執行。

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/**
 * @author Rollen-Holt 線程的優先級
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for(int i=0;i<5;++i){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"運行"+i);
            if(i==3){
                System.out.println("線程的禮讓");
                Thread.currentThread().yield();
            }
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        Thread h1=new Thread(new hello(),"A");
        Thread h2=new Thread(new hello(),"B");
        h1.start();
        h2.start();
         
    }
}

A運行0

A運行1

A運行2

A運行3

線程的禮讓

A運行4

B運行0

B運行1

B運行2

B運行3

線程的禮讓

B運行4

 

 

同步和死鎖:

【問題引出】:比如說對於買票系統,有下面的代碼:

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/**
 * @author Rollen-Holt
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for(int i=0;i<10;++i){
            if(count>0){
                try{
                    Thread.sleep(1000);
                }catch(InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(count--);
            }
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he=new hello();
        Thread h1=new Thread(he);
        Thread h2=new Thread(he);
        Thread h3=new Thread(he);
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
    }
    private int count=5;
}

【運行結果】:

5

4

3

2

1

0

-1

這裏出現了-1,顯然這個是錯的。,應該票數不能爲負值。

如果想解決這種問題,就需要使用同步。所謂同步就是在統一時間段中只有有一個線程運行,

其他的線程必須等到這個線程結束之後才能繼續執行。

【使用線程同步解決問題】

採用同步的話,可以使用同步代碼塊和同步方法兩種來完成。

 

【同步代碼塊】:

語法格式:

synchronized(同步對象){

 //需要同步的代碼

}

但是一般都把當前對象this作爲同步對象。

比如對於上面的買票的問題,如下:

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/**
 * @author Rollen-Holt
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for(int i=0;i<10;++i){
            synchronized (this) {
                if(count>0){
                    try{
                        Thread.sleep(1000);
                    }catch(InterruptedException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(count--);
                }
            }
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he=new hello();
        Thread h1=new Thread(he);
        Thread h2=new Thread(he);
        Thread h3=new Thread(he);
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
    }
    private int count=5;
}

【運行結果】:(每一秒輸出一個結果)

5

4

3

2

1

【同步方法】

也可以採用同步方法。

語法格式爲synchronized 方法返回類型 方法名(參數列表){

    // 其他代碼

}

現在,我們採用同步方法解決上面的問題。

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/**
 * @author Rollen-Holt
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            sale();
        }
    }
 
    public synchronized void sale() {
        if (count > 0) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(count--);
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread h1 = new Thread(he);
        Thread h2 = new Thread(he);
        Thread h3 = new Thread(he);
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
    }
 
    private int count = 5;
}

【運行結果】(每秒輸出一個)

5

4

3

2

1

提醒一下,當多個線程共享一個資源的時候需要進行同步,但是過多的同步可能導致死鎖。

此處列舉經典的生產者和消費者問題。

【生產者和消費者問題】

先看一段有問題的代碼。

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class Info {
 
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public int getAge() {
        return age;
    }
 
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
 
    private String name = "Rollen";
    private int age = 20;
}
 
/**
 * 生產者
 * */
class Producer implements Runnable{
    private Info info=null;
    Producer(Info info){
        this.info=info;
    }
     
    public void run(){
        boolean flag=false;
        for(int i=0;i<25;++i){
            if(flag){
                this.info.setName("Rollen");
                try{
                    Thread.sleep(100);
                }catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                this.info.setAge(20);
                flag=false;
            }else{
                this.info.setName("chunGe");
                try{
                    Thread.sleep(100);
                }catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                this.info.setAge(100);
                flag=true;
            }
        }
    }
}
/**
 * 消費者類
 * */
class Consumer implements Runnable{
    private Info info=null;
    public Consumer(Info info){
        this.info=info;
    }
     
    public void run(){
        for(int i=0;i<25;++i){
            try{
                Thread.sleep(100);
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(this.info.getName()+"<---->"+this.info.getAge());
        }
    }
}
 
/**
 * 測試類
 * */
class hello{
    public static void main(String[] args) {
        Info info=new Info();
        Producer pro=new Producer(info);
        Consumer con=new Consumer(info);
        new Thread(pro).start();
        new Thread(con).start();
    }
}

【運行結果】:

Rollen<---->100

chunGe<---->20

chunGe<---->100

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

Rollen<---->100

Rollen<---->100

chunGe<---->20

chunGe<---->20

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

大家可以從結果中看到,名字和年齡並沒有對於。

 

那麼如何解決呢?

1) 加入同步

2) 加入等待和喚醒

先來看看加入同步會是如何。

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class Info {
     
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public int getAge() {
        return age;
    }
 
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
 
    public synchronized void set(String name, int age){
        this.name=name;
        try{
            Thread.sleep(100);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.age=age;
    }
     
    public synchronized void get(){
        try{
            Thread.sleep(100);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(this.getName()+"<===>"+this.getAge());
    }
    private String name = "Rollen";
    private int age = 20;
}
 
/**
 * 生產者
 * */
class Producer implements Runnable {
    private Info info = null;
 
    Producer(Info info) {
        this.info = info;
    }
 
    public void run() {
        boolean flag = false;
        for (int i = 0; i < 25; ++i) {
            if (flag) {
                 
                this.info.set("Rollen", 20);
                flag = false;
            } else {
                this.info.set("ChunGe", 100);
                flag = true;
            }
        }
    }
}
 
/**
 * 消費者類
 * */
class Consumer implements Runnable {
    private Info info = null;
 
    public Consumer(Info info) {
        this.info = info;
    }
 
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 25; ++i) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            this.info.get();
        }
    }
}
 
/**
 * 測試類
 * */
class hello {
    public static void main(String[] args) {
        Info info = new Info();
        Producer pro = new Producer(info);
        Consumer con = new Consumer(info);
        new Thread(pro).start();
        new Thread(con).start();
    }
}

【運行結果】:

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

從運行結果來看,錯亂的問題解決了,現在是Rollen 對應20,ChunGe對於100

,但是還是出現了重複讀取的問題,也肯定有重複覆蓋的問題。如果想解決這個問題,就需要使用Object類幫忙了、

,我們可以使用其中的等待和喚醒操作。

要完成上面的功能,我們只需要修改Info類飢渴,在其中加上標誌位,並且通過判斷標誌位完成等待和喚醒的操作,代碼如下:

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class Info {
     
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public int getAge() {
        return age;
    }
 
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
 
    public synchronized void set(String name, int age){
        if(!flag){
            try{
                super.wait();
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        this.name=name;
        try{
            Thread.sleep(100);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.age=age;
        flag=false;
        super.notify();
    }
     
    public synchronized void get(){
        if(flag){
            try{
                super.wait();
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
         
        try{
            Thread.sleep(100);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(this.getName()+"<===>"+this.getAge());
        flag=true;
        super.notify();
    }
    private String name = "Rollen";
    private int age = 20;
    private boolean flag=false;
}
 
/**
 * 生產者
 * */
class Producer implements Runnable {
    private Info info = null;
 
    Producer(Info info) {
        this.info = info;
    }
 
    public void run() {
        boolean flag = false;
        for (int i = 0; i < 25; ++i) {
            if (flag) {
                 
                this.info.set("Rollen", 20);
                flag = false;
            } else {
                this.info.set("ChunGe", 100);
                flag = true;
            }
        }
    }
}
 
/**
 * 消費者類
 * */
class Consumer implements Runnable {
    private Info info = null;
 
    public Consumer(Info info) {
        this.info = info;
    }
 
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 25; ++i) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            this.info.get();
        }
    }
}
 
/**
 * 測試類
 * */
class hello {
    public static void main(String[] args) {
        Info info = new Info();
        Producer pro = new Producer(info);
        Consumer con = new Consumer(info);
        new Thread(pro).start();
        new Thread(con).start();
    }
}
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【程序運行結果】:
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
先在看結果就可以知道,之前的問題完全解決。

《完》

PS(寫在後面):

本人深知學的太差,所以希望大家能多多指點。另外,關於多線程其實有很多的知識,由於目前我也就知道的不太多,寫了一些常用的。雖然在操作系統這門課上學了很多的線程和進程,比如銀行家算法等等的,以後有時間在補充,大家有什麼好資料可以留個言,大家一起分享一下,謝謝了。

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