多線程的問題都曾經困擾過每個開發人員，今天將從全新視角來解說，希望讀者都能明白。
強烈建議去運行下文章中的示例代碼，自己體會下。
問題究竟出在哪裡？
一個線程執行，固然是安全的，但是有時太慢了，怎麼辦？
老祖宗告訴我們，“一方有難，八方支援”，那不就是多叫幾個線程來幫忙嘛，好辦呀，多new幾個不就行了，又不要錢。這樣能管用嗎？繼續往下看。
俗話說，“在家靠父母，出門靠朋友”。有了朋友的幫助，就會事半功倍。是這樣的嗎？
不一定，如果朋友“不靠譜”，結果竟是在“添亂”。於是就演變為，“不怕神一樣的對手，就怕豬一樣的隊友”。可見“人多力量大”縱然是對的，但也要配合好才能成事。
人和人是朋友，那線程和線程也是“朋友”，如果多線程之間不能配合好的話，最終也會變為“豬一樣的隊友”。事實證明，這也不是一件易事。且容我慢慢道來。
開發是一門技術，管理是一門藝術。也許你正想帶着兄弟們大幹一場，可偏偏就有人要辭職。或者你付出了這麼多，但別人從來沒有感動過。為什麼會這樣呢？
因為你面對的是人。每個人都是獨立的個體，有思想，有靈魂，有情感，有三觀。能夠接受外界的“輸入”，經過“處理”后，能夠產生“輸出”。
說白了就是會自主的分析問題，並做出決定。這叫什麼呢？答案就是，主觀能動性。
擁有主觀能動性的物體（比如人），你需要和它協商着或配合著來共同完成一件事情，而不能“強迫”它去做什麼，因為這樣往往不會有好的結果。
費了這麼多口舌，就是希望把問題盡量的簡單化。終於可以回到程序了，那線程的情況是不是類似的呢？答案是肯定的。
一個線程準備好后，經過CPU的調度，就可以自主的運行了。此時它儼然成了一個獨立的個體，且具有主觀能動性。
這本是一件好事，但卻也有不好的一面，那就是你對它的“掌控”能力變弱了，頗有一種“將在外，君命有所不受”的感覺。
可能你不同意這種看法，說我可以“強迫”它停止運行，調用Thread類的stop()方法來直接把它“掐死”，不好意思，該方法已廢棄。
因為線程可能在運行一些“關鍵”代碼（比如轉賬），此刻不能被終止。Thread類還有一些其它的方法也都廢棄了，大抵原因其實都差不多。
講了這麼多，相信你已經明白了，簡單總結一下：
事情起因：線程可以獨立自主的運行，可以認為它具有主觀能動性。
造成結果：對它的掌控能力變弱了，而且又不能直接把它“幹掉”。
解決方案：凡事商量着來，互相配合著把事情完成。
作者觀點：其實就是把線程當作人來對待。
小試牛刀一下
一旦把線程當成人，就來到了人類的世界，這我們太熟悉了，所以很多問題都會變得非常簡單明了。一起來看看吧。
場景一，停止
“大胖，大胖，12點了，該去吃飯了，別寫了”
“好的，好的，稍等片刻，把這幾行代碼寫完就走”
要點：把停止的信號傳達給別人，別人處理完手頭的事情就自己主動停止了。
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("進入不可停止區域 1。。。");
doingLongTime(5);
println("退出不可停止區域 1。。。");
println("檢測標誌stop = %s", String.valueOf(stop));
if (stop) {
println("停止執行");
return;
}
println("進入不可停止區域 2。。。");
doingLongTime(5);
println("退出不可停止區域 2。。。");
}
}
解說：線程在預設的地點檢測flag，來決定是否停止。
場景二，暫停/恢復
“大胖，大胖，先別發請求了，對方服務器快掛了”
“好的，好的，等這個執行完就不發了”
過了一會
“大胖，大胖，可以重新發請求了”
“好的，好的”
要點：把暫停的信號傳達給別人，別人處理完手頭的事情就自己主動暫停了。但是恢復是無法自主進行的，只能由操作系統來恢複線程的執行。
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("進入不可暫停區域 1。。。");
doingLongTime(5);
println("退出不可暫停區域 1。。。");
println("檢測標誌pause = %s", String.valueOf(pause));
if (pause) {
println("暫停執行");
try {
synchronized (this) {
this.wait();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
println("恢復執行");
}
println("進入不可暫停區域 2。。。");
doingLongTime(5);
println("退出不可暫停區域 2。。。");
}
}
解說：還是在預設的地點檢測flag。然後就是wait/notify配合使用。
場景三，插隊
“大胖，大胖，讓我站到你前面，不想排隊了”
“好吧”
要點：別人插隊到你前面，必須等他完事後才輪到你。
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("終於輪到我了");
}
static class CRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
println("進入不可暫停區域 1。。。");
doingLongTime(5);
println("退出不可暫停區域 1。。。");
}
}
解說：join方法可以讓某個線程插到自己前面，等它執行完，自己才會繼續執行。
場景四，叫醒
“大胖，大胖，醒醒，醒醒，看誰來了”
“誰啊，我去”
要點：要把別人從睡夢中叫醒，一定要採取稍微暴力一點的手段。
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("進入暫停。。。");
try {
sleep2(5);
} catch (InterruptedException e) {
println("收到中斷異常。。。");
println("做一些相關處理。。。");
}
println("繼續執行或選擇退出。。。");
}
}
解說：線程在sleep或wait時，是處於無法交互的狀態的，此時只能使用interrupt方法中斷它，線程會被激活並收到中斷異常。
常見的協作配合
上面那些場景，其實都是對一個線程的操作，下面來看多線程間的一些配合。
事件一，考試
假設今天考試，20個學生，1個監考老師。規定學生可以提前交卷，即把卷子留下，直接走人就行了。
但老師必須等到所有的學生都走後，才可以收卷子，然後裝訂打包。
如果把學生和老師都看作線程，就是1個線程和20個線程的配合問題，即等20個線程都結束了，這1個線程才開始。
比如20個線程分別在計算數據，等它們都結束后得到20个中間結果，最後這1個線程再進行後續匯總、處理等。
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("老師髮捲子。。。");
try {
cdl.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
println("老師收卷子。。。");
}
}
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("學生(%d)寫卷子。。。", num);
doingLongTime();
println("學生(%d)交卷子。。。", num);
cdl.countDown();
}
}
解說：每完成一個線程，計數器減1，當減到0時，被阻塞的線程自動執行。
事件二，旅遊
最近景色宜人，公司組織去登山，大夥都來到了山腳下，登山過程自由進行。
但為了在特定的地點拍集體照，規定1個小時后在半山腰集合，誰最後到的，要給大家表演一個節目。
然後繼續登山，在2個小時后，在山頂集合拍照，還是誰最後到的表演節目。
接着開始下山了，在2個小時后在山腳下集合，點名回家，最後到的照例表演節目。
static final int COUNT = 5;
static CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(COUNT, new Singer());
public static void main(String[] args) throws Exception {
for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
new Thread(new Staff(i, cb)).start();
}
synchronized (ThreadCo2.class) {
ThreadCo2.class.wait();
}
}
static class Singer implements Runnable {
@Override
public void run() {
println("為大家唱歌。。。");
}
}
static class Staff implements Runnable {
CyclicBarrier cb;
int num；
Staff(int num, CyclicBarrier cb) {
this.num = num;
this.cb = cb;
}
@Override
public void run() {
println("員工(%d)出發。。。", num);
doingLongTime();
println("員工(%d)到達地點一。。。", num);
try {
cb.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
println("員工(%d)再出發。。。", num);
doingLongTime();
println("員工(%d)到達地點二。。。", num);
try {
cb.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
println("員工(%d)再出發。。。", num);
doingLongTime();
println("員工(%d)到達地點三。。。", num);
try {
cb.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
println("員工(%d)結束。。。", num);
}
}
解說：某個線程到達預設點時就在此等待，等所有的線程都到達時，大家再一起向下個預設點出發。如此循環反覆下去。
事件三，勞動
大胖和小白去了創業公司，公司為了節約開支，沒有請專門的保潔人員。讓員工自己掃地和擦桌。
大胖覺得擦桌輕鬆，就讓小白去掃地。可小白覺得掃地太累，也想擦桌。
為了公平起見，於是決定，每人先干一半，然後交換工具，再接着干對方剩下的那一個半。
static Exchanger<Tool> ex = new Exchanger<>();
public static void main(String[] args) throws Exception {
new Thread(new Staff("大胖", new Tool("笤帚", "掃地"), 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;
Exchanger<Tool> ex;
Staff(String name, Tool tool, Exchanger<Tool> ex) {
this.name = name;
this.tool = tool;
this.ex = ex;
}
@Override
public void run() {
println("%s拿的工具是[%s]，他開始[%s]。。。", name, tool.name, tool.work);
doingLongTime();
println("%s開始交換工具。。。", name);
try {
tool = ex.exchange(tool);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
println("%s的工具變為[%s]，他開始[%s]。。。", name, tool.name, tool.work);
}
}
static class Tool {
String name;
String work;
Tool(String name, String work) {
this.name = name;
this.work = work;
}
}
解說：兩個線程在預設點交換變量，先到達的等待對方。
事件四，魔性遊戲
這是一個充滿魔性的小遊戲，由一個團隊一起參加。所有人每隔5秒鐘抽一次簽，每個人有50%的概率留下來或被淘汰。
留下來的人下次抽籤時同樣有50%的概率被淘汰。被淘汰的人下次抽籤時同樣有50%的概率復活。
團隊所有成員都被淘汰完，為挑戰失敗，團隊所有成員都回到遊戲中（除剛開始外），為挑戰成功。
比如一開始10人參與遊戲，第一輪抽籤后，6人留下，4人淘汰。
第二輪抽籤后，留下的6人中4人被淘汰，淘汰的4人中2人復活，那麼目前是4人在遊戲中，6人被淘汰。
一直如此繼續下去，直到10人全部被淘汰，或全部回到遊戲中。
可見，人數越多，全部被淘汰的概率越小，但全部回到遊戲中的概率也越小。
反之，人數越少，全部回到遊戲中的概率越大，但全部被淘汰的概率也越大。
是不是很有魔性啊。哈哈。
static final int COUNT = 6;
static Phaser ph = new Phaser() {
protected boolean onAdvance(int phase, int registeredParties) {
println2("第(%d)局，剩餘[%d]人", phase, registeredParties);
return registeredParties == 0 ||
(phase != 0 && registeredParties == COUNT);
};
};
public static void main(String[] args) throws Exception {
new Thread(new Challenger("張三")).start();
new Thread(new Challenger("李四")).start();
new Thread(new Challenger("王五")).start();
new Thread(new Challenger("趙六")).start();
new Thread(new Challenger("大胖")).start();
new Thread(new Challenger("小白")).start();
synchronized (ThreadCo4.class) {
ThreadCo4.class.wait();
}
}
static class Challenger implements Runnable {
String name;
int state;
Challenger(String name) {
this.name = name;
this.state = 0;
}
@Override
public void run() {
println("[%s]開始挑戰。。。", name);
ph.register();
int phase = 0;
int h;
while (!ph.isTerminated() && phase < 100) {
doingLongTime(5);
if (state == 0) {
if (Decide.goon()) {
h = ph.arriveAndAwaitAdvance();
if (h < 0)
println("No%d.[%s]繼續，但已勝利。。。", phase, name);
else
println("No%d.[%s]繼續at(%d)。。。", phase, name, h);
} else {
state = -1;
h = ph.arriveAndDeregister();
println("No%d.[%s]退出at(%d)。。。", phase, name, h);
}
} else {
if (Decide.revive()) {
state = 0;
h = ph.register();
if (h < 0)
println("No%d.[%s]復活，但已失敗。。。", phase, name);
else
println("No%d.[%s]復活at(%d)。。。", phase, name, h);
} else {
println("No%d.[%s]沒有復活。。。", phase, name);
}
}
phase++;
}
if (state == 0) {
ph.arriveAndDeregister();
}
println("[%s]結束。。。", name);
}
}
static class Decide {
static boolean goon() {
return random(9) > 4;
}
static boolean revive() {
return random(9) < 5;
}
}
解說：某個線程到達預設點后，可以選擇等待同伴或自己退出，等大家都到達后，再一起向下一個預設點出發，隨時都可以有新的線程加入，退出的也可以再次加入。
生產與銷售的問題
在現實中，工廠生產出來的產品會先放到倉庫存儲，銷售人員簽了單子后，會從倉庫把產品發給客戶。
如果生產的過快，倉庫里產品越堆越多，直到把倉庫堆滿，那就必須停止生產，因為沒地方放了。
此時只能讓銷售人員趕緊出去簽單子，把產品發出去，倉庫就有了空間，可以恢復生產了。
如果銷售的過快，倉庫里產品越來越少，直到把倉庫清空，那就必須停止銷售，因為沒產品了。
此時只能讓生產人員趕緊生產產品，把產品放到倉庫里，倉庫里就有了產品，可以恢復銷售了。
可能會有人問，為什麼不讓生產和銷售直接掛鈎呢，把倉庫這個環節去掉？
這樣會造成兩種不好的情況：
一是突然來了很多單子，生產人員累成死Dog也生產不出來。
二是很長時間沒有單子，生產人員閑成廢Dog也無事可做。
用稍微“專業”點的術語就是此時的生產和銷售是一種強耦合的關係，銷售的波動對生產影響太大。
倉庫就是一個緩衝區，能有效的吸收波動，很大程度上減少波動的傳遞，起到一種解耦作用，由強耦合變成一種鬆散耦合。
這其實就對應計算機里經典的生產者和消費者問題。
經典的生產者和消費者
一到多個線程充當生產者，生產元素。一到多個線程充當消費者，消費元素。
在兩者之間插入一個隊列（Queue）充當緩衝區，建立起生產者和消費者的鬆散耦合。
正常情況下，即生產元素的速度和消費元素的速度差不多時，生產者和消費者其實是不需要去關注對方的。
生產者可以一直生產，因為隊列里總是有空間。消費者可以一直消費，因為隊列里總是有元素。即達到一個動態的平衡。
但在特殊情況下，比如生產元素的速度很快，隊列里沒有了空間，此時生產者必須自我“ba工”，開始“睡大覺”。
一旦消費者消費了元素之後，隊列里才會有空間，生產者才可以重啟生產，所以，消費者在消費完元素後有義務去叫醒生產者復工。
更準確的說法應該是，只有在生產者“睡大覺”時，消費者消費完元素后才需要去叫醒生產者。否則，其實可以不用叫醒，因為人家本來就沒睡。
反之，如果消費元素的速度很快，隊列里沒有了元素，只需把上述情況顛倒過來即可。
但這樣的話就會引入一個新的問題，就是要能夠準備的判斷出對方有沒有在睡大覺，為此就必須定義一個狀態變量，在自己即將開始睡大覺時，自己設置下這個變量。
對方通過檢測這個變量，來決定是否進行叫醒操作。當自己被叫醒后，首先要做的就是清除一下這個變量，表明我已經醒來複工了。
這樣就需要多維護一個變量和多了一部分判斷邏輯。可能有些人會覺得可以通過判斷隊列的“空”或“滿”（即隊列中的元素數目）來決定是否進行叫醒操作。
在高併發下，可能剛剛判斷隊列不為空，瞬間之後隊列可能已經變為空的了，這樣會導致邏輯出錯。線程可能永遠無法被叫醒。
因此，綜合所有，生產者每生產一個元素后，都會通知消費者，“現在有元素的，你可以消費”。
同樣，消費者每消費一個元素后，也會通知生產者，“現在有空間的，你可以生產”。
很明顯，這些通知很多時候（即對方沒有睡大覺時）是沒有真正意義的，不過無所謂，只要忽略它們就行了。
就是“寧可錯殺一千，也不放過一個”。首先要保證是正確的，然後才有資格去BB別的。
public static void main(String[] args) {
Queue queue = new Queue();
new Thread(new Producer(queue)).start();
new Thread(new Producer(queue)).start();
new Thread(new Consumer(queue)).start();
}
static class Producer implements Runnable {
Queue queue;
Producer(Queue queue) {
this.queue = queue;
}
@Override
public void run() {
try {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
doingLongTime();
queue.putEle(random(10000));
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
static class Consumer implements Runnable {
Queue queue;
Consumer(Queue queue) {
this.queue = queue;
}
@Override
public void run() {
try {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
doingLongTime();
queue.takeEle();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
static class Queue {
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition prodCond = lock.newCondition();
Condition consCond = lock.newCondition();
final int CAPACITY = 10;
Object[] container = new Object[CAPACITY];
int count = 0;
int putIndex = 0;
int takeIndex = 0;
public void putEle(Object ele) throws InterruptedException {
try {
lock.lock();
while (count == CAPACITY) {
println("隊列已滿：%d，生產者開始睡大覺。。。", count);
prodCond.await();
}
container[putIndex] = ele;
println("生產元素：%d", ele);
putIndex++;
if (putIndex >= CAPACITY) {
putIndex = 0;
}
count++;
println("通知消費者去消費。。。");
consCond.signalAll();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public Object takeEle() throws InterruptedException {
try {
lock.lock();
while (count == 0) {
println("隊列已空：%d，消費者開始睡大覺。。。", count);
consCond.await();
}
Object ele = container[takeIndex];
println("消費元素：%d", ele);
takeIndex++;
if (takeIndex >= CAPACITY) {
takeIndex = 0;
}
count--;
println("通知生產者去生產。。。");
prodCond.signalAll();
return ele;
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
解說：其實就是對await/signalAll的應用，幾乎面試必問。
源代碼：
https://github.com/coding-new-talking/java-code-demo.git
（END）
作者是工作超過10年的碼農，現在任架構師。喜歡研究技術，崇尚簡單快樂。追求以通俗易懂的語言解說技術，希望所有的讀者都能看懂並記住。下面是公眾號和知識星球的二維碼，歡迎關注！
【精選推薦文章】
如何讓商品強力曝光呢? 網頁設計公司幫您建置最吸引人的網站，提高曝光率!!
想要讓你的商品在網路上成為最夯、最多人討論的話題?
網頁設計公司推薦更多不同的設計風格，搶佔消費者視覺第一線
不管是台北網頁設計公司、台中網頁設計公司，全省皆有專員為您服務
想知道最厲害的台北網頁設計公司推薦、台中網頁設計公司推薦專業設計師"嚨底家"!!
