Java线程同步与协作实战

"Java线程同步与进程实验" 在Java编程中，线程同步是一种控制多线程并发访问共享资源的方式，以防止数据不一致或出现竞态条件。本实验主要探讨两种同步机制：同步块和同步方法，以及线程协作中的wait(), notify(), notifyAll()方法的应用。 ### 同步机制——对象的“锁定标志” 在Java中，每个对象都有一个内置的锁，也称为“锁定标志”。当一个线程进入同步代码块或同步方法时，它会获取该对象的锁，其他试图访问相同同步区域的线程将被阻塞，直到持有锁的线程释放它。 ### 同步块（synchronized block） 同步块允许程序员精确地指定哪些代码需要同步。它的语法如下： ```java synchronized (object) { // 需要同步的代码 } ``` 这里的`object`是用于锁定的对象，只有获得该对象锁的线程才能执行同步块内的代码。 ### 同步方法 （synchronized method） 同步方法是在方法声明上添加`synchronized`关键字，使得整个方法体成为同步区域。例如： ```java public synchronized void methodName() { // 需要同步的代码 } ``` 同步方法的锁是当前实例对象，对于静态方法，锁是对应的类的Class对象。 ### 线程协作 线程间的协作通常涉及等待、通知和唤醒操作。Java提供了Object类的以下三个方法来实现这一功能： - `wait()`: 调用此方法的线程会释放持有的锁，并进入等待状态，直到其他线程调用`notify()`或`notifyAll()`唤醒它。 - `notify()`: 唤醒一个等待在该对象上的线程，但不保证具体唤醒哪个线程，由JVM决定。 - `notifyAll()`: 唤醒所有等待在该对象上的线程。 这些方法必须在同步上下文中（即synchronized代码块或方法）调用，否则会抛出`IllegalMonitorStateException`。 ### 实验示例 #### 售票系统实验 这是一个典型的线程同步问题。系统有100张票，四个售票窗口同时售卖，每个窗口购票需1-3秒，每次卖出票后需要打印购票时间和窗口号。为了确保票不被超卖，可以使用同步方法或同步块来控制票的数量。 #### 生产者-消费者模型 生产者-消费者问题是多线程协作的经典案例。在这个场景中，有一个篮子，生产者每秒放入一个苹果，消费者每1.5秒取出一个苹果。当篮子满或空时，需要发出通知。可以使用`wait()`和`notify()`方法来实现线程间的通信和协作。 在实际编程中，Java提供了更高级的并发工具，如`java.util.concurrent`包下的`BlockingQueue`，可以简化这种线程间的协作。但是，理解基础的线程同步和协作机制对于深入学习并发编程至关重要。