Java高并发编程——常见问题、举例（4）

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14、一道面试题引发的思考

曾经的面试题：（淘宝？）
实现一个容器，提供两个方法，add，size
写两个线程，线程1添加10个元素到容器中，线程2实现监控元素的个数，当个数到5个时，线程2给出提示并结束

14.1分析下面这个程序，能完成这个功能吗？

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.TimeUnit;


public class MyContainer1 {

    //添加volatile，使t2能够得到通知
    /*volatile*/ List lists = new ArrayList();

    public void add(Object o) {
        lists.add(o);
    }

    public int size() {
        return lists.size();
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyContainer1 c = new MyContainer1();

        new Thread(() -> {
            for(int i=0; i<10; i++) {
                c.add(new Object());
                System.out.println("add " + i);

                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "t1").start();

        new Thread(() -> {
            while(true) {
                if(c.size() == 5) {
                    break;
                }
            }
            System.out.println("t2 结束");
        }, "t2").start();
    }
}

输出结果：
add 0
add 1
add 2
add 3
add 4
add 5
add 6
…
分析：上面的程序不能实现题目要求，两个线程之间，lists并不具有可见性，给lists添加volatile之后，程序就可以实现题目要求，使t2能够接到通知，但是，t2线程的死循环很浪费cpu，如果不用死循环，该怎么做呢？

14.2阅读下面的程序，能否实现上述面试题目要求？并分析输出结果

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class MyContainer3 {

    //添加volatile，使t2能够得到通知
    volatile List lists = new ArrayList();

    public void add(Object o) {
        lists.add(o);
    }

    public int size() {
        return lists.size();
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyContainer3 c = new MyContainer3();

        final Object lock = new Object();

        new Thread(() -> {
            synchronized(lock) {
                System.out.println("t2启动");
                if(c.size() != 5) {
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("t2 结束");
            }
        }, "t2").start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }
        new Thread(() -> {
            System.out.println("t1启动");
            synchronized(lock) {
                for(int i=0; i<10; i++) {
                    c.add(new Object());
                    System.out.println("add " + i);
                    if(c.size() == 5) {
                        lock.notify();
                    }
                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }, "t1").start();
    }
}

输出结果为：
t2启动
t1启动
add 0
add 1
add 2
add 3
add 4
add 5
add 6
add 7
add 8
add 9
t2 结束
分析： 可以读到输出结果并不是size=5时t2退出，而是t1结束时t2才接收到通知而退出。这是因为这里使用wait和notify做的，wait会释放锁，而notify不会释放锁，需要注意的是，运用这种方法，必须要保证t2先执行，也就是首先让t2监听才可以，将程序修改如下即可。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class MyContainer4 {

    //添加volatile，使t2能够得到通知
    volatile List lists = new ArrayList();

    public void add(Object o) {
        lists.add(o);
    }
    public int size() {
        return lists.size();
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyContainer4 c = new MyContainer4();

        final Object lock = new Object();

        new Thread(() -> {
            synchronized(lock) {
                System.out.println("t2启动");
                if(c.size() != 5) {
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("t2 结束");
                //通知t1继续执行
                lock.notify();
            }
        }, "t2").start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }
        new Thread(() -> {
            System.out.println("t1启动");
            synchronized(lock) {
                for(int i=0; i<10; i++) {
                    c.add(new Object());
                    System.out.println("add " + i);
                    if(c.size() == 5) {
                        lock.notify();
                        //释放锁，让t2得以执行
                        try {
                            lock.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }, "t1").start();
    }
}

14.3另外的方法，使用countdown

notify之后，t1必须释放锁，t2退出后，也必须notify，通知t1继续执行整个通信过程比较繁琐。我们可以使用Latch（门闩）替代wait notify来进行通知，好处是通信方式简单，同时也可以指定等待时间，使用await和countdown方法替代wait和notify。CountDownLatch不涉及锁定，当count的值为零时当前线程继续运行，当不涉及同步，只是涉及线程通信的时候，用synchronized + wait/notify就显得太重了，这时应该考虑countdownlatch/cyclicbarrier/semaphore，代码如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class MyContainer5 {

    // 添加volatile，使t2能够得到通知
    volatile List lists = new ArrayList();

    public void add(Object o) {
        lists.add(o);
    }

    public int size() {
        return lists.size();
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyContainer5 c = new MyContainer5();

        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);

        new Thread(() -> {
            System.out.println("t2启动");
            if (c.size() != 5) {
                try {
                    latch.await();

                    //也可以指定等待时间
                    //latch.await(5000, TimeUnit.MILLISECONDS);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("t2 结束");

        }, "t2").start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            System.out.println("t1启动");
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                c.add(new Object());
                System.out.println("add " + i);

                if (c.size() == 5) {
                    // 打开门闩，让t2得以执行
                    latch.countDown();
                }

                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

        }, "t1").start();

    }
}