走进并发，线程同步与线程通信全解析

Java
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2023-10-24
Synchronized锁升级原理与过程深入剖析
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70图，2万字，讲透HBase知识点，文末送书(全网最全干货)
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标签   Java多线程

一、前言

本文介绍Java多线程技术，分为四个部分：

多线程的两种实现方式——继承Thread类和实现Runnable接口；

线程同步应用：三人吃苹果；

线程同步+线程通信应用之一：生产者-消费者问题；

线程同步+线程通信应用之二：打蜡抛光问题。

二、初识多线程

上小学的时候，语文老师让我们用”一边…,一边…”造句，比如“小明一边吃饭，一边看电视”、“妈妈一边做饭，一边和我闲谈”。那么Java程序中是否可以实现“程序一边xxx一边xxx”呢？答案是肯定，这就是Java的多线程技术

2.1 引子：小明一边玩游戏一边听音乐

实现多线程有两种常见的方式，

1、继承线程类（extends Thread）:某类继承线程类之后，该类成为线程类，拥有独立的线程空间并可以执行;

2、实现Runnable接口（implements Runnable）:某类实现Runnable接口后，可以实现多线程，注意它不是多线程类，只是具有多线程方法。但是可以满足我们目前的需求就够了。

值得注意的是，Java的main函数作为程序的入口，本身就是一个Main线程，我们可以将该线程作为一个游戏线程，然后只需要新建一个MusicThread类就够了。

代码： 

 package mypackage;
public class MainThread {
    public static void main(String[] args) {
        new MusicThread().start();
        for (int i =; i < 3; i++) {
            System.out.println("Playing ComputerGame  " + i);
            try {
                Thread.sleep(); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
class MusicThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 3; i++) {
            System.out.println("Listening Music  " + i);
            try {
                Thread.sleep(); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

输出： 

 Playing ComputerGame
Listening Music
Playing ComputerGame
Listening Music
Playing ComputerGame
Listening Music

注意：Thread.Sleep(1000) 睡眠一秒钟是为了让多线程交替执行的效果在控制台打印出来，如果没有这句，可能出现某个线程执行完后另一个线程才开始执行，无法给读者展示多线程”一边xxx一边xxx”的效果。

2.2 实现多线程的两种方式

2.2.1 继承Thread类：扩展——小明一边玩游戏一边听音乐，还一边用QQ和小强聊天

如果要再扩展一个线程也很简单，来看代码。

代码： 

 package mypackage;
public class MainThread {
    public static void main(String[] args) {
        new MusicThread().start();
        new QQThread().start();
        for (int i =; i < 3; i++) {
            System.out.println("Playing ComputerGame  " + i);
            try {
                Thread.sleep(); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
class MusicThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 3; i++) {
            System.out.println("Listening Music  " + i);
            try {
                Thread.sleep(); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
class QQThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 3; i++) {
            System.out.println("Chating in QQ  " + i);
            try {
                Thread.sleep(); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

输出： 

 Listening Music
Playing ComputerGame
Chating in QQ
Listening Music
Playing ComputerGame
Chating in QQ
Listening Music
Playing ComputerGame
Chating in QQ

相对上面，扩展了QQThread，用于qq聊天，可以看到，要新增一个新的线程类也是很容易的。

2.2.2 实现Runnable接口

代码： 

 package mypackage;
public class MainThread {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new MusicRunnableImpl()).start();
        new Thread(new QQRunnableImpl()).start();
        for (int i =; i < 3; i++) {
            System.out.println("Playing ComputerGame  " + i);
            try {
                Thread.sleep(); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
class MusicRunnableImpl implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 3; i++) {
            System.out.println("Listening Music  " + i);
            try {
                Thread.sleep(); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
class QQRunnableImpl implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 3; i++) {
            System.out.println("Chating in QQ  " + i);
            try {
                Thread.sleep(); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

输出： 

 Playing ComputerGame
Chating in QQ
Listening Music
Listening Music
Playing ComputerGame
Chating in QQ
Listening Music
Chating in QQ
Playing ComputerGame

这里通过实现Runnable接口，实现多线程，是实现多线程的另一种常见方式。

2.3 实现多线程的两种方式（匿名方式）

2.3.1 继承Thread类（匿名内部类）

代码——匿名方式的Thread类： 

 package package;
public class MainThread {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                for (int i =; i < 3; i++) {
                    System.out.println("Listening Music  " + i);
                    try {
                        Thread.sleep(); // 这里Sleep() 让线程交互明显
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }.start();
        new Thread(){
            public void run() {
                for (int i =; i < 3; i++) {
                    System.out.println("Chating in QQ  " + i);
                    try {
                        Thread.sleep(); // 这里Sleep() 让线程交互明显
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }.start();
        for (int i =; i < 3; i++) {
            System.out.println("Playing ComputerGame  " + i);
            try {
                Thread.sleep(); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

输出： 

 Listening Music
Playing ComputerGame
Chating in QQ
Listening Music
Playing ComputerGame
Chating in QQ
Listening Music
Playing ComputerGame
Chating in QQ

2.3.2 实现Runnable接口（匿名内部类）

代码： 

 package mypackage;
public class MainThread {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i =; i < 3; i++) {
                    System.out.println("Listening Music  " + i);
                    try {
                        Thread.sleep(); // 这里Sleep() 让线程交互明显
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i =; i < 3; i++) {
                    System.out.println("Chating in QQ  " + i);
                    try {
                        Thread.sleep(); // 这里Sleep() 让线程交互明显
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }).start();
        for (int i =; i < 3; i++) {
            System.out.println("Playing ComputerGame  " + i);
            try {
                Thread.sleep(); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

输出： 

 Listening Music
Playing ComputerGame
Chating in QQ
Playing ComputerGame
Chating in QQ
Listening Music
Chating in QQ
Playing ComputerGame
Listening Music

2.4 小结

多线程在默认的Main线程中额外添加一个或多个线程对象并执行，提供了一种将单一线程程序中无法解决的并发问题完美解决的方案，在实际项目开发中应用广泛。多线程是Java语言的又一特色。

三、线程同步

多个线程访问同一资源，如我们来讨论一下“三人吃苹果”的例子。

3.1 引子：三人吃苹果问题

上一节我们说到，实现多线程常见的有两种方式，继承Threads和实现Runnable接口，这里我们两种方式都尝试一样，先看继承Threads类：

3.1.1 继承Thread类：三人吃苹果问题

代码： 

 public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        new Apple().start();
        new Apple().start();
        new Apple().start();
    }
}
// 继承线程类 num 为每个Person对象的内部变量 不能共享
class Apple extends Thread {
    private int num =;
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            if (num >) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了编号为      " + (num--) + "   的苹果");
            }
        }
    }
}

输出： 

 Thread-吃了编号为      5   的苹果
Thread-吃了编号为      5   的苹果
Thread-吃了编号为      5   的苹果
Thread-吃了编号为      4   的苹果
Thread-吃了编号为      4   的苹果
Thread-吃了编号为      3   的苹果
Thread-吃了编号为      2   的苹果
Thread-吃了编号为      1   的苹果
Thread-吃了编号为      4   的苹果
Thread-吃了编号为      3   的苹果
Thread-吃了编号为      2   的苹果
Thread-吃了编号为      3   的苹果
Thread-吃了编号为      1   的苹果
Thread-吃了编号为      2   的苹果
Thread-吃了编号为      1   的苹果

小结：我们看到每个苹果被吃了三次，这是为什么呢？原来，我们在客户端新建三个独立的Apple类对象，每一个Apple都有一个私有的num变量，三个线程都在吃自己的苹果，然后num–。在这个过程中，苹果是独立的而不是共享的，这显然不是我们所需要的情况。

让我们尝试使用实现Runnable接口完成这个“三人吃苹果”问题。

3.1.2 实现Runnable接口：三人吃苹果问题

代码： 

 public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Apple apple=new Apple();  //虽然三个线程   但是使用同一个apple引用
        new Thread(apple,"Thread-").start();
        new Thread(apple,"Thread-").start();
        new Thread(apple,"Thread-").start();
    }
}
//实现Runnable接口   只是多线程方法  不是多线程类   所有    num变量可以让Person对象共享 
class Apple implements Runnable{
    private int num=;
    @Override
    public void run() {
   for (int i=;i<5;i++){
   if (num>) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃了编号为      "+(num--)+"   的苹果");
            }
   }
    }
}

输出： 

 Thread-吃了编号为      5   的苹果
Thread-吃了编号为      4   的苹果
Thread-吃了编号为      3   的苹果
Thread-吃了编号为      2   的苹果
Thread-吃了编号为      1   的苹果

小结：乍看之下好像没有任何问题，

从代码上来看，客户端仅新建一个Apple对象，然后将它的引用传递给三个线程对象，这样就实现了的三个线程类对苹果的共享；

从输出结果上来看，被吃掉的苹果的序号为 5 4 3 2 1 ，如何的完美，而且是被三个线程Thread-0,Thread-1,Thread-2,“三人吃苹果”的故事似乎完结了。

实则不然，这里只是因为num=5,数值太小，加上我们运气比较好，恰好获得了一次看上去完美的输出结果。程序再运行几次： 

 Thread-吃了编号为      3   的苹果
Thread-吃了编号为      2   的苹果
Thread-吃了编号为      1   的苹果
Thread-吃了编号为      5   的苹果
Thread-吃了编号为      4   的苹果

咦，为什么最先吃掉了编号为3的苹果，其他苹果的顺序也变乱了，再运行一次： 

 Thread-吃了编号为      4   的苹果
Thread-吃了编号为      3   的苹果
Thread-吃了编号为      2   的苹果
Thread-吃了编号为      5   的苹果
Thread-吃了编号为      5   的苹果
Thread-吃了编号为      1   的苹果

这一次更糟糕了，不仅吃苹果的顺序变乱了，而且编号为5的苹果竟然被吃了两次

其实我们还可以让程序更乱一些：加上Thread.sleep(毫秒数)

注意：Java多线程的最常见的两种实现方式：继承Thread类和实现Runnable接口，其异同我们在这里看出来了

继承Thread类实现Runnable接口 相同点都可用于实现多线程 继承与实现Java类是单继承，所以继承了Thread类就不能在继承别的类了Java接口是多实现，所以实现了Runnable接口还可以实现其他接口，继承其他类 代码编写继承方式简单，获取线程名称也简单实现方式稍复杂，获取线程名称稍复杂，用Thread.currentThread()来获取当前线程的引用 多线程是否共享同一个资源否，多个线程，每一个线程用自己的资源，无法访问共享资源是，访问共享资源

3.1.3 加上Thread.sleep(毫秒数)

代码： 

 public class Test {
    public static void main(String[] args) { 
        Apple apple=new Apple();  //虽然三个线程   但是使用同一个apple引用
        new Thread(apple,"Thread-").start();
        new Thread(apple,"Thread-").start();
        new Thread(apple,"Thread-").start();
    }
}
//实现Runnable接口   只是多线程方法  不是多线程类   所有    num变量可以让Person对象共享 
class Apple implements Runnable{
    private int num=;
    @Override
    public void run() {
   for (int i=;i<5;i++){
   try {
                Thread.sleep();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
   if (num>) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃了编号为      "+(num--)+"   的苹果");
            }
   }
    }
}

喔喔喔，这次更是千奇百怪的答案，基本没有一次对的，为什么会这样呢？这样解决呢？

解答：这个问题是因为多线程程序运行的随机性造成的，只要使用相应的互斥同步机制就好了。

3.2 线程同步——三人吃苹果问题解决

问题：

对于三人吃苹果问题，我们通过实现Runnable接口，三人共享5个苹果，但是出现一个苹果吃多次的情况，这不满足的业务需求。其原因是因为每个人吃苹果不是一个原子操作：即System.out.println(Thread.currentThread().getName()+“吃了编号为 “+(num–)+” 的苹果”);可以拆分为两句，如下：

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+“吃了编号为 “+(num)+” 的苹果”);

num–;

这两句不是原子操作，可以被打断。

解决：

使用Java线程同步的方式解决，线程的同步机制有三种：同步代码块、同步方法和lock锁机制

3.2.1 代码——同步代码块

代码： 

 //同步代码块/同步方法/lock机制
public class Test {
    public static void main(String[] args) { 
        Apple apple=new Apple();  //虽然三个线程   但是使用同一个apple引用
        new Thread(apple,"Thread-").start();
        new Thread(apple,"Thread-").start();
        new Thread(apple,"Thread-").start();
    }
}
//实现Runnable接口   只是多线程方法  不是多线程类   所有    num变量可以让Person对象共享 
class Apple implements Runnable{
    private int num=;
    @Override
    public void run() {
   for (int i=;i<5;i++){   
   synchronized (this) {
   try {
                    Thread.sleep();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
   if (num>) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃了编号为      "+(num--)+"   的苹果");
                }
            }  
   }
    }
}

输出： 

 Thread-吃了编号为      5   的苹果
Thread-吃了编号为      4   的苹果
Thread-吃了编号为      3   的苹果
Thread-吃了编号为      2   的苹果
Thread-吃了编号为      1   的苹果

小结：即使多次运行，输出结果仍是这样有条不紊。这是为什么呢？

原来我们在代码2中的出现的问题（打印的编号顺序错乱，同一苹果被吃掉两次）均是因为某一线程运行时System.out.prinln()和num–不能同时运行，中间有间断，这一间断中，其他线程又执行了System.out.prinln和num–,才出现各种错乱问题。

特别是加入Thread.sleep()方法后，Thread.sleep System.out.prinln num– 三者不能一起执行，各个出错 只多不少 。

现在，因为我们程序中加入了synchronized关键字，这是线程同步的关键字，如代码4中，synchronized关键字后面的花括号将Thread.sleep(1000)和System.out.println(num–)包裹起来，意思就是将它们打包，放在一起作为原子操作，要么两个一起执行，要么都不执行，从根本上杜绝了Thread.sleep System.out.prinln num– 一套操作被打断的可能，所以保证了多线程的安全。

附：为什么synchronized后面有一个小括号，里面还有一个this呢？

解答：这就是同步锁对象，是同步代码块得以成功实现线程同步的必要条件，因为在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他的线程只能在外等着。

注意1： 对于非static方法,同步锁就是this；对于static方法,我们使用当前方法所在类的字节码对象(Apple.class).

注意2：Java程序运行使用任何对象作为同步监听对象,但是一般的,我们把当前并发访问的共同资源作为同步监听对象.

让我们再来看看其他两种方法：同步方法和同步代码块吧！

3.2.2 代码——同步方法

代码： 

 public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Apple apple = new Apple(); // 虽然三个线程 但是使用同一个apple引用
        new Thread(apple, "Thread-").start();
        new Thread(apple, "Thread-").start();
        new Thread(apple, "Thread-").start();
    }
}
// 实现Runnable接口 只是多线程方法 不是多线程类 所有 num变量可以让Person对象共享
class Apple implements Runnable {
    private int num =;
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            eat();
        }
    }
    private synchronized void eat() {
        try {
            Thread.sleep();
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        if (num >) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了编号为      " + (num--) + "   的苹果");
        }
    }
}

输出： 

 Thread-吃了编号为      5   的苹果
Thread-吃了编号为      4   的苹果
Thread-吃了编号为      3   的苹果
Thread-吃了编号为      2   的苹果
Thread-吃了编号为      1   的苹果

小结：当我们把synchronized关键字放在方法名上，同样达到了我们多线程安全的效果。

注意1：synchronized范围越大，效率越低

注意2：synchronized 范围内的操作的原子性只对其他synchronized方法或块有用，对非synchronized方法或块没有用；即synchronized只是保证其他synchronized方法不打断当前synchronized操作，不保证其他非synchronized方法或块不打断当前synchronized操作。其实，读者担心synchronized被非synchronized打断是不是一种风险，其实不用担心，因为既然它是非synchronized,就是说明它访问变量和当前的synchronized访问的变量在业务逻辑上基本没有关系，打断就打断呗，如果业务上有逻辑关系，影响到业务了，就给非synchronized方法或块加上synchronized，就防止打断了，就是这么简单！

3.2.3 代码——lock锁机制

代码： 

 import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Apple apple = new Apple(); // 虽然三个线程 但是使用同一个apple引用
        new Thread(apple, "Thread-").start();
        new Thread(apple, "Thread-").start();
        new Thread(apple, "Thread-").start();
    }
}
// 实现Runnable接口 只是多线程方法 不是多线程类 所有 num变量可以让Person对象共享
class Apple implements Runnable {
    private int num =;
    private  final Lock _lock=new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
   for (int i=;i<5;i++){
   _lock.lock();
   try {
                Thread.sleep();
                if (num>) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃了编号为      "+(num--)+"   的苹果");
    } 
   }catch (InterruptedException e) {

                e.printStackTrace();
            }finally {
                _lock.unlock();
            }
        }
    }
}

输出： 

 Thread-吃了编号为      5   的苹果
Thread-吃了编号为      4   的苹果
Thread-吃了编号为      3   的苹果
Thread-吃了编号为      2   的苹果
Thread-吃了编号为      1   的苹果

小结：使用lock机制和使用synchronized关键字达到了相同的效果，它们的原理是一样的吗？其实不是，具体的关于synchronized和lock的底层实现，笔者在其他博客中再去阐述。

3.3 小结

截至现在，我们搞懂了“三人吃苹果”问题中，三个线程访问同一资源类对象，修改其内部num变量，注意两点：

1、资源对象实现Runnable接口而不是继承Thread，因为继承Thread类新建的对象不好引用；

2、要使用相应的同步机制（同步代码块、同步方法、lock锁机制）保证线程安全，正确执行。

四、线程同步+线程通信应用之一：生产者-消费者问题

上一节，我们说到，“三人吃苹果”实际上是三个线程都在消费Apple类中num属性，每消费一次，num–。

本文中加上生产者，生产线程Producer生产苹果Apple，消费线程Consumer消费苹果Apple。

4.1 实现线程通信的两种方式

4.1.1 实现方式一：生产者将生产的产品直接交给消费者消费

实现方式一代码： 

 //生产者
class  Producer{
     private  Consumer  con;//消费者对象
}
//消费者
class  Consumer{
     private  Producer  pro;//消费者对象
}

该代码使用双向注入，将消费者引用注入

4.1.2 实现方式二：单独设置一个共享资源类，生产者类生产的产品放入共享资源中，消费者类从共享资源中取出消费

代码： 

 package mypackage;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ShareResources shareResources = new ShareResources();
        new Thread(new Producer(shareResources)).start();
        new Thread(new Consumer(shareResources)).start();
    }
}
class Producer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Producer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            if ( == i % 2) {
                shareResources.push("春哥哥", "男");
            } else {
                shareResources.push("凤姐", "女");
            }
        }
    }
}
class Consumer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Consumer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            shareResources.pop();
        }
    }
}
class ShareResources {
    private String name;
    private String gender;
    public void push(String name, String gender) {
        this.name = name;
        try {
            Thread.sleep(); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        this.gender = gender;
    }
    public void pop() {
        System.out.print(this.name + " - ");
        try {
            Thread.sleep(); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(this.gender);
    }
}

输出： 

 春哥哥 - null
凤姐 - 男
凤姐 - 男
凤姐 - 男
春哥哥 - 女

问题（1）：性别紊乱问题？

解决（1）：这是因为打印的时候没有原子性操作，可以使用synchronized或lock机制解决

问题（2）：“春哥哥 – 男” “凤姐 – 女” 没有按照 0==i%2 循环交替出现？

解决（2）：没有实现合理的线程通信，可以使用 wait()-notifyAll() 或者 await()-signalAll() 解决

4.2 生产者-消费者问题：synchronized+标志位+wait()+notify()/notifyAll()

4.2.1 使用synchronized实现线程同步

代码： 

 package mypackage_synchronized实现线程同步;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ShareResources shareResources = new ShareResources();
        new Thread(new Producer(shareResources)).start();
        new Thread(new Consumer(shareResources)).start();
    }
}
class Producer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Producer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            if ( == i % 2) {
                shareResources.push("春哥哥", "男");
            } else {
                shareResources.push("凤姐", "女");
            }
        }
    }
}
class Consumer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Consumer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            shareResources.pop();
        }
    }
}
class ShareResources {
    private String name;
    private String gender;
    public synchronized void push(String name, String gender) {
        this.name = name;
        try {
            Thread.sleep(); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        this.gender = gender;
    }
    public synchronized void pop() {
        System.out.print(this.name + " - ");
        try {
            Thread.sleep(); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(this.gender);
    }
}

输出： 

 春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男

小结：不会再出现性别紊乱问题，因为push()和pop()已经实现原子操作，但是还是没有实现0==i%2 交替打印，且看4.2.3。

4.2.3 synchronize+标志位+wait()+notifyAll() 实现线程同步与线程通信

代码： 

 package mypackage_synchronized_wait_notify;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ShareResources shareResources = new ShareResources();
        new Thread(new Producer(shareResources)).start();
        new Thread(new Consumer(shareResources)).start();
    }
}
class Producer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Producer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            if ( == i % 2) {
                shareResources.push("春哥哥", "男");
            } else {
                shareResources.push("凤姐", "女");
            }
        }
    }
}
class Consumer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Consumer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            shareResources.pop();
        }
    }
}
class ShareResources {
    private String name;
    private String gender;
    private boolean isEmpty = true;// 初始的时候资源池为空
    public synchronized void push(String name, String gender) {
        try {
            while (!isEmpty) { // 资源池非空状态下 push要一直等待
                wait();
            }
            this.name = name;
            Thread.sleep(); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
            this.gender = gender;
            isEmpty = false; // 资源池不为空了，修改标志位的值
            notifyAll(); // notify()唤醒一个，notifyAll()唤醒所有，本程序中只有一个生产者和消费者对象，所以notify()和notifyAll()是一样的
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public synchronized void pop() {
        try {
            while (isEmpty) { // 当资源池为空时，pop()方法一直等待
                wait();
            }
            System.out.print(this.name + " - ");
            Thread.sleep(); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
            System.out.println(this.gender);
            isEmpty = true; // 资源被消费掉，资源池为空，重新设置标志位
            notifyAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

输出： 

 春哥哥 - 男
凤姐 - 女
春哥哥 - 男
凤姐 - 女
春哥哥 - 男

小结：synchronize+标志位+wait()+notifyAll() 实现线程同步与线程通信，解决好了生产者与消费者问题。我们可以尝试使用lock+标志位+await()+signalAll() 再实现一次，即更换一种方式实现生产者消费者问题，且看4.3.1 和4.3.2 。

4.3 生产者-消费者问题：lock+标志位+await()+signal()/signalAll()

4.3.1 使用lock实现线程同步

代码： 

 package mypackage_lock机制实现线程同步;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ShareResources shareResources = new ShareResources();
        new Thread(new Producer(shareResources)).start();
        new Thread(new Consumer(shareResources)).start();
    }
}
class Producer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Producer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            if ( == i % 2) {
                shareResources.push("春哥哥", "男");
            } else {
                shareResources.push("凤姐", "女");
            }
        }
    }
}
class Consumer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Consumer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            shareResources.pop();
        }
    }
}
class ShareResources {
    private String name;
    private String gender;
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    public void push(String name, String gender) {
        lock.lock();
        try {
            this.name = name;
            Thread.sleep(); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
            this.gender = gender;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void pop() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.print(this.name + " - ");
            Thread.sleep(); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
            System.out.println(this.gender);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

输出： 

 春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男

小结：不会再出现性别紊乱问题，因为push()和pop()已经实现原子操作，但是还是没有实现0==i%2 交替打印，且看4.3.2 。

4.3.2 lock+标志位+await()+signalAll() 实现线程同步与线程通信

代码： 

 package mypackage_lock_await_signal;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ShareResources shareResources = new ShareResources();
        new Thread(new Producer(shareResources)).start();
        new Thread(new Consumer(shareResources)).start();
    }
}
class Producer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Producer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            if ( == i % 2) {
                shareResources.push("春哥哥", "男");
            } else {
                shareResources.push("凤姐", "女");
            }
        }
    }
}
class Consumer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Consumer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            shareResources.pop();
        }
    }
}
class ShareResources {
    private String name;
    private String gender;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();
    private boolean isEmpty = true;// 初始的时候资源池为空
    public void push(String name, String gender) {
        lock.lock();
        try {
            while (!isEmpty) { // 资源池非空状态下 push要一直等待
                condition.await();
            }
            this.name = name;
            Thread.sleep(); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
            this.gender = gender;
            isEmpty = false; // 资源池不为空了，修改标志位的值
            condition.signalAll(); // notify()唤醒一个，notifyAll()唤醒所有，本程序中只有一个生产者和消费者对象，所以notify()和notifyAll()是一样的
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void pop() {
        lock.lock();
        try {
            while (isEmpty) { // 当资源池为空时，pop()方法一直等待
                condition.await();
            }
            System.out.print(this.name + " - ");
            Thread.sleep(); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
            System.out.println(this.gender);
            isEmpty = true; // 资源被消费掉，资源池为空，重新设置标志位
            condition.signalAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

输出： 

 春哥哥 - 男
凤姐 - 女
春哥哥 - 男
凤姐 - 女
春哥哥 - 男

小结：lock+标志位+await()+signalAll() 实现线程同步与线程通信，解决好了生产者与消费者问题

附： 其实我们只要用标志位（如上boolean isEmpty）控制，就可以控制线程的通信了，为什么还要加上wait()-notify()/notifyAll()或者lock+await()+signal()/signalAll()这样的东西呢？

代码a:

while (!isEmpty) { wait(); }

代码b:

while (!isEmpty);

从逻辑上讲，代码a和代码b是一样的，都是在等待isEmpty=true，才能跳出循环，区别在于代码a执行了wait()/condition.await()函数，这个函数使当前线程处于waiting()等待状态，JVM把当前线程存在对象等待池中，不占用cpu,不消耗系统资源；如果向代码b，当前线程处于running运行状态，占用Cpu，消耗系统资源。因为代码b使线程无论运行还是等待都处于running运行状态，过多的消耗系统资源，不利于程序执行；故我们的程序都写成的代码a的形式，线程通信中线程等待时，处于waiting状态，当然后果是要加上配套的notify()/notifyAll()或者condition.signal()/condition.signalAll()方法。

4.4 生产者-消费者问题：小结

从“生产者消费者问题”中，我们同时学习到线程同步和线程通信的知识，我们来总结一下，处理方式有两种，如下表：

线程同步线程通信 作用/用途保证原子性操作保证线程间执行顺序 组合：synchronized+标志位+wait()+notify()/notifyAll()synchronized标志位+wait()+notify()/notifyAll() 组合：lock+标志位+await()+signal()/signalAll()lock机制标志位+await()+signal()/signalAll()

五、线程同步+线程通信应用之二：打蜡抛光问题

延续上一篇文章的生产者-消费者问题，为了让读者更好的理解“线程同步+线程通信”，本节再给出一个类似的线程同步+线程通信问题——打蜡抛光问题。

需求：汽车有“轿车”和“SUV”两种，都是“打蜡-抛光”反复操作，且看代码。

5.1 引子：打蜡抛光问题

代码——打蜡抛光问题： 

 package mypackage;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        new Thread(new WaxOn(car)).start();
        new Thread(new WaxOff(car)).start();
    }
}
// 共享资源类
class Car {
    public void waxed(String name) { // 打蜡函数
        try {
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep();
            System.out.println("Wax On");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public void buffed(String name) { // 抛光函数
        try {
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep();
            System.out.println("Wax Off");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
// 打蜡类 生产者类
class WaxOn implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOn(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            if ( == i % 2) {
                car.waxed("小轿车");
            } else {
                car.waxed("SUV");
            }
        }
    }
}
// 抛光类 消费者类
class WaxOff implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOff(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            if ( == i % 2) {
                car.buffed("小轿车");
            } else {
                car.buffed("SUV");
            }
        }
    }
}

输出： 

 小轿车 - 小轿车 - Wax Off
Wax On
SUV - SUV - Wax Off
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
Wax On
SUV - SUV - Wax Off
Wax On
小轿车 - 小轿车 - Wax Off
Wax On

小结：出现两个问题，既没有实现 车型和 Wax 的对齐打印，也没有实现 0==i%2 的WaxOn和WaxOff交替打印，既没有实现线程同步，也没有实现线程通信，我们使用synchronized+标志位+wait()+notify()/notifyAll() 和 lock+标志位+await()+signal()/signalAll() 组合来解决这个问题，且看 5.2 5.3。

5.2 打蜡抛光问题：synchronized+标志位+wait()+notify()/notifyAll()

5.2.1 synchronized实现线程同步

代码： 

 package mypackage_synchronized;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        new Thread(new WaxOn(car)).start();
        new Thread(new WaxOff(car)).start();
    }
}
// 共享资源类
class Car {
    public synchronized void waxed(String name) { // 打蜡函数
        try {
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep();
            System.out.println("Wax On");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public synchronized void buffed(String name) { // 抛光函数
        try {
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep();
            System.out.println("Wax Off");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
// 打蜡类 生产者类
class WaxOn implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOn(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            if ( == i % 2) {
                car.waxed("小轿车");
            } else {
                car.waxed("SUV");
            }
        }
    }
}
// 抛光类 消费者类
class WaxOff implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOff(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            if ( == i % 2) {
                car.buffed("小轿车");
            } else {
                car.buffed("SUV");
            }
        }
    }
}

输出： 

 小轿车 - Wax On
SUV - Wax On
小轿车 - Wax On
SUV - Wax On
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax Off

小结：synchronized实现线程同步，原子性打印，所以 车型 和 Wax 对齐打印实现了，但是没有实现 线程通信，WaxOn和WaxOff交替打印，且看5.2.2 。

5.2.2 synchronize+标志位+wait()+notifyAll() 实现线程同步与线程通信

代码： 

 package mypackage_synchronized_wait_notify;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        new Thread(new WaxOn(car)).start();
        new Thread(new WaxOff(car)).start();
    }
}
// 共享资源类
class Car {
    private boolean waxOn = false;// 初始为未打蜡 线程通信控制变量
    public synchronized void waxed(String name) { // 打蜡函数
        try {
            while (waxOn == true) // 当未抛光的时候 ,不断等待，直到抛光完成，结束等待，退出函数
            wait();
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep();
            System.out.println("Wax On");
            waxOn = true;
            notifyAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public synchronized void buffed(String name) { // 抛光函数
        try {
            while (waxOn == false) // 当未打蜡的时候 ,不断等待，直到打蜡完成，结束等待，退出函数
            wait();
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep();
            System.out.println("Wax Off");
            waxOn = false;
            notifyAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
// 打蜡类 生产者类
class WaxOn implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOn(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            if ( == i % 2) {
                car.waxed("小轿车");
            } else {
                car.waxed("SUV");
            }
        }
    }
}
// 抛光类 消费者类
class WaxOff implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOff(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            if ( == i % 2) {
                car.buffed("小轿车");
            } else {
                car.buffed("SUV");
            }
        }
    }
}

输出： 

 小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax On
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax On
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off

小结：synchronize+wait()+notifyAll() 实现线程同步与线程通信，解决好了“汽车打蜡抛光”问题。我们可以尝试使用lock+await()+signalAll() 再实现一次，即更换一种方式实现“汽车打蜡抛光”问题，且看5.3.1 5.3.2。

5.3 打蜡抛光问题：lock+标志位+await()+signal()/signalAll()

5.3.1 使用lock实现线程同步

代码： 

 package mypackage_lock;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        new Thread(new WaxOn(car)).start();
        new Thread(new WaxOff(car)).start();
    }
}
// 共享资源类
class Car {
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    public void waxed(String name) { // 打蜡函数
        lock.lock();
        try {
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep();
            System.out.println("Wax On");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void buffed(String name) { // 抛光函数
        lock.lock();
        try {
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep();
            System.out.println("Wax Off");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
// 打蜡类 生产者类
class WaxOn implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOn(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            if ( == i % 2) {
                car.waxed("小轿车");
            } else {
                car.waxed("SUV");
            }
        }
    }
}
// 抛光类 消费者类
class WaxOff implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOff(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            if ( == i % 2) {
                car.buffed("小轿车");
            } else {
                car.buffed("SUV");
            }
        }
    }
}

输出： 

 小轿车 - Wax On
SUV - Wax On
小轿车 - Wax On
SUV - Wax On
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax Off

小结：不会再出现车型—Wax对齐不上问题，因为waxed()和buffed()已经实现原子操作，但是还是没有实现0==i%2 交替打印，且看5.3.2 。

5.3.2 lock+标志位+await()+signalAll() 实现线程同步与线程通信

代码： 

 package mypackage_lock_await_signal;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        new Thread(new WaxOn(car)).start();
        new Thread(new WaxOff(car)).start();
    }
}
// 共享资源类
class Car {
    private boolean waxOn = false;// 初始为未打蜡 线程通信控制变量
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();
    public void waxed(String name) { // 打蜡函数
        lock.lock();
        try {
            while (waxOn == true) // 当未抛光的时候 ,不断等待，直到抛光完成，结束等待，退出函数
            condition.await();
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep();
            System.out.println("Wax On");
            waxOn = true;
            condition.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void buffed(String name) { // 抛光函数
        lock.lock();
        try {
            while (waxOn == false) // 当未打蜡的时候 ,不断等待，直到打蜡完成，结束等待，退出函数
            condition.await();
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep();
            System.out.println("Wax Off");
            waxOn = false;
            condition.signalAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
// 打蜡类 生产者类
class WaxOn implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOn(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            if ( == i % 2) {
                car.waxed("小轿车");
            } else {
                car.waxed("SUV");
            }
        }
    }
}
// 抛光类 消费者类
class WaxOff implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOff(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i =; i < 5; i++) {
            if ( == i % 2) {
                car.buffed("小轿车");
            } else {
                car.buffed("SUV");
            }
        }
    }
}

输出5： 

 小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax On
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax On
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off

小结：lock+await()+signalAll() 实现线程同步与线程通信，解决好了“汽车打蜡抛光”问题

5.4 打蜡抛光问题：小结

本文的“打蜡抛光”问题和“生产者–消费者”问题非常相似，或者可以说是同一问题，即使用synchronized+标志位+wait()+notify()/notifyAll()或者lock+标志位+await()+signal()/signalAll()，实现线程同步+线程通信。

六、尾声

本文介绍Java多线程技术，分为四个部分：

多线程的两种实现方式——继承Thread类和实现Runnable接口；

线程同步应用：三人吃苹果；

线程同步+线程通信应用之一：生产者-消费者问题；

线程同步+线程通信应用之二：打蜡抛光问题。

可以帮助初学者的Java多线程入门。

天天打码，天天进步！

Synchronized锁升级原理与过程深入剖析
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