Java多线程运行探幽

事关Training2中Task4,想看看经典的两个进程并行会是什么样子

题目概述

实现简单的生产者-消费者模型：

• Tray托盘容量为1；托盘满时不能放入，空时不能取货
• Producer生产者共需生产10个货物；每生产一个货物后会立刻尝试放入，放入成功前不会继续生产，货物按照从1-10编号；成功放入货物后需要休息0-100ms
• Consumer消费者共需消费10个货物；只能在托盘中取货。

输出：

• Producer放入货物时输出： "Producer put:" + 货物编号
• Consumer取出货物时输出： "Consumer get:" + 货物编号

基本代码

为了精确定轨当前代码运行位置，在多出放置System.out.println()并表上颜色；

为了方便将10改成3

public class Task4 {
    public static Tray TRAY = new Tray();
    public static void main(String[] args) {
        Thread producer = new Producer();
        Thread consumer = new Thread(new Consumer());
        producer.start();
        System.out.println("\033[32m" + "==== Depart ====" + "\033[0m");
        consumer.start();
    }
}

class Tray {
    private int content;
    private boolean full;

    Tray() {
        content = 0;
        full = false;
    }

    public synchronized void put(int content) {
        while (full) {
            try {
                System.out.println("\t[Producer] nowhere for content " + content + "! wait for get...");
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        this.content = content;
        this.full = true;
        System.out.println("Producer put:" + content);
        notifyAll();
    }

    public synchronized void get() {
        while (!full) {
            try {
                System.out.println("\t[Consumer] Nothing in tray! wait for put...");
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        this.full = false;
        System.out.println("Consumer get:" + content);
        notifyAll();
    }
}

class Producer extends Thread {
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 3; ++i) {
            /*(1)行*/System.out.println("\033[32m" + "Start putting " + i + "\033[m");
            Task4.TRAY.put(i);
            try {
                System.out.println("\033[32m" + "Put finished! sleep for a while..." + "\033[m");
                sleep((int) (Math.random() * 100));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("\033[32m" + "[switch to next]" + "\033[m");
        }
    }

}

class Consumer extends Thread {
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 3; ++i) {
            /*(2)行*/System.out.println("\033[31m" + "Start Getting" + "\033[0m");
            Task4.TRAY.get();
            System.out.println("\033[31m" + "Get finished!\n[switch to next]" + "\033[0m");
        }
    }
}

结果、证实与猜想

1. start()只是启动该线程（变为Runnable状态），运行与否以及运行多少均未知（看操作系统调度？），打印depart显然不能划分两个线程的先后
2. 不要尝试去规划多线程运行的具体情况。根据代码不同，编译后乃至运行时的顺序会变；（不知是那一层的原因，什么编译优化、运行优化啥啥不懂）（相同代码生成的程序反复运行，结果一样，不过这也可能是在相邻的时间段内，运行环境一样）

对打印语句进行调整，看运行顺序：

情况1：（1）、（2）行均不注释

顺序： consumer打印start -> consumer使用get方法 -> consumer无效get进行等待 -> producer打印start -> producer进行put方法 -> ...

(sychronized中wait()后，循环的notify使得双线程的运行可预知(?))

producer进行put方法的最后，会唤醒等待的consumer，但consumer并没有直接运行，而是等producer运行至进入休眠，才接入cpu时间开始运行。

强调：notify()等方法只是将线程从"Waiting"状态变为"Runnable"状态，是否"Run"未可知。

情况2：（1）行注释，（2）行不注释

顺序： consumer打印start -> producer使用put方法 -> ...

我们并不知consumer线程何时让给了producer，但确乎是因为producer中少了一开始的打印start语句。可能经过了什么权衡先运行producer去了

情况3：（1）行不注释，（2）行注释

顺序： consumer使用get方法 -> ...

似乎又回到了情况1，consumer一开始就进入了线程同步的方法，运行到底后在交给producer。（很合理）

情况4：（1）、（2）均注释

顺序： producer使用put方法 -> ...

似乎回到了情况2，producer一开始就进入线程同步的方法，运行到底...

以上四种情况对比后，大致可以猜想，两个线程运行且没有特殊线程控制语句干扰时，会以某种单位划分（CPU时间？代码块大小？）进行交替运行，这里体现为一行行语句交替。

突然想到操作系统课上好像讲过多道程序balabala、多线程运行的CPU时间分配啥啥，感觉这样鼓捣了半天去验证有点傻