1. введение
В этом уроке мы рассмотрим, как мы можем печатать четные и нечетные числа с помощью двух потоков.
Цель состоит в том, чтобы напечатать числа по порядку, в то время как один поток печатает только четные числа, а другой поток печатает только нечетные числа. Для решения этой проблемы мы будем использовать концепции синхронизации потоков и межпотоковой связи.
2. Потоки в Java
Потоки-это легкие процессы, которые могут выполняться одновременно. Одновременное выполнение нескольких потоков может быть хорошим с точки зрения производительности и загрузки процессора, так как мы можем работать над несколькими задачами одновременно через разные потоки, работающие параллельно.
Более подробную информацию о потоках в Java можно найти в этой статье .
В Java мы можем создать поток, либо расширив класс Thread , либо реализовав Выполняемый интерфейс . В обоих случаях мы переопределяем метод run и записываем в него реализацию потока.
Более подробную информацию о том, как использовать эти методы для создания потока, можно найти здесь .
3. Синхронизация потоков
В многопоточной среде возможно, что 2 или более потоков обращаются к одному и тому же ресурсу примерно в одно и то же время. Это может привести к летальному исходу и ошибочным результатам. Чтобы предотвратить это, нам нужно убедиться, что только один поток обращается к ресурсу в данный момент времени.
Мы можем достичь этого с помощью синхронизации потоков.
В Java мы можем пометить метод или блок как синхронизированный, что означает, что только один поток сможет ввести этот метод или блок в данный момент времени.
Более подробную информацию о синхронизации потоков в Java можно найти здесь .
4. Межпоточная связь
Взаимодействие между потоками позволяет синхронизированным потокам взаимодействовать друг с другом с помощью набора методов.
Используются методы wait , notify, и notifyAll, которые все унаследованы от класса Object .
Wait() заставляет текущий поток ждать неопределенно долго, пока какой-либо другой поток не вызовет notify() или notifyAll() на том же объекте. Мы можем вызвать notify() для пробуждения потоков, ожидающих доступа к монитору этого объекта.
Более подробную информацию о работе этих методов можно найти здесь .
5. Печать нечетных и четных чисел Поочередно
5.1. Использование wait() и notify()
Мы будем использовать обсуждаемые концепции синхронизации и межпотоковой связи для печати нечетных и четных чисел в порядке возрастания с использованием двух разных потоков.
На первом шаге мы реализуем интерфейс Runnable для определения логики обоих потоков . В методе run мы проверяем, является ли число четным или нечетным.
Если число четное, мы вызываем метод print Even класса Printer , в противном случае мы вызываем метод print Odd :
class TaskEvenOdd implements Runnable { private int max; private Printer print; private boolean isEvenNumber; // standard constructors @Override public void run() { int number = isEvenNumber ? 2 : 1; while (number <= max) { if (isEvenNumber) { print.printEven(number); } else { print.printOdd(number); } number += 2; } } }
Мы определяем класс Printer следующим образом:
class Printer { private volatile boolean isOdd; synchronized void printEven(int number) { while (!isOdd) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); } } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number); isOdd = false; notify(); } synchronized void printOdd(int number) { while (isOdd) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); } } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number); isOdd = true; notify(); } }
В основном методе мы используем определенный класс для создания двух потоков. Мы создаем объект класса Принтер и передаем его в качестве параметра конструктору Задача Четная Нечетная :
public static void main(String... args) { Printer print = new Printer(); Thread t1 = new Thread(new TaskEvenOdd(print, 10, false),"Odd"); Thread t2 = new Thread(new TaskEvenOdd(print, 10, true),"Even"); t1.start(); t2.start(); }
Первый поток будет нечетным потоком, поэтому мы передаем false в качестве значения параметра isEvenNumber . Для второго потока мы передаем true вместо этого. Мы устанавливаем значение MaxValue равным 10 для обоих потоков, чтобы печатались только числа от 1 до 10.
Затем мы запускаем оба потока, вызывая метод start () . Это вызовет метод run() обоих потоков, как определено выше, в котором мы проверяем, является ли число нечетным или четным, и печатаем их.
Когда нечетный поток начнет работать, значение переменной number будет равно 1. Поскольку он меньше MaxValue , а флаг isEvenNumber равен false, вызывается printOdd () . В методе мы проверяем, является ли флаг нечетным истинным, и пока он истинен, мы вызываем wait(). Так как нечетно изначально ложно, wait() не вызывается, и значение выводится.
Затем мы устанавливаем значение is Odd в true, чтобы нечетный поток переходил в состояние ожидания и вызывал notify () , чтобы разбудить поток событий. Затем четный поток просыпается и печатает четное число, так как флаг odd является ложным. Затем он вызывает notify () , чтобы разбудить нечетный поток.
Тот же процесс выполняется до тех пор, пока значение переменной number не станет больше MaxValue .
5.2. Использование семафоров
Семафор управляет доступом к общему ресурсу с помощью счетчика. Если счетчик больше нуля, то доступ разрешен . Если он равен нулю, то доступ запрещен.
Java предоставляет класс Semaphore в пакете java.util.concurrent , и мы можем использовать его для реализации описанного механизма. Более подробную информацию о семафорах можно найти здесь .
Мы создаем два потока, нечетный поток и четный поток. Нечетный поток будет печатать нечетные числа, начиная с 1, а четный поток будет печатать четные числа, начиная с 2.
Оба потока имеют объект класса Общий принтер . Класс Общий принтер будет иметь два семафора, кажутся нечетными и кажутся четными , которые будут иметь разрешения 1 и 0 для начала . Это гарантирует, что нечетное число будет напечатано первым.
У нас есть два метода print Четное число() и print Нечетное число(). Нечетный поток вызывает метод print Odd Num() , а четный поток вызывает метод print Even Num () .
Чтобы напечатать нечетное число, метод acquire() вызывается на seem Odd , и поскольку начальное разрешение равно 1, он успешно получает доступ, печатает нечетное число и вызывает release() on semEven.
Вызов release() увеличит разрешение на 1 для seven , и тогда четный поток сможет успешно получить доступ и напечатать четное число.
Это код для рабочего процесса, описанного выше:
public static void main(String[] args) { SharedPrinter sp = new SharedPrinter(); Thread odd = new Thread(new Odd(sp, 10),"Odd"); Thread even = new Thread(new Even(sp, 10),"Even"); odd.start(); even.start(); }
class SharedPrinter { private Semaphore semEven = new Semaphore(0); private Semaphore semOdd = new Semaphore(1); void printEvenNum(int num) { try { semEven.acquire(); } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + num); semOdd.release(); } void printOddNum(int num) { try { semOdd.acquire(); } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + num); semEven.release(); } } class Even implements Runnable { private SharedPrinter sp; private int max; // standard constructor @Override public void run() { for (int i = 2; i <= max; i = i + 2) { sp.printEvenNum(i); } } } class Odd implements Runnable { private SharedPrinter sp; private int max; // standard constructors @Override public void run() { for (int i = 1; i <= max; i = i + 2) { sp.printOddNum(i); } } }
6. Заключение
В этом уроке мы рассмотрели, как мы можем печатать нечетные и четные числа поочередно, используя два потока в Java. Мы рассмотрели два метода для достижения одинаковых результатов: использование wait() и notify() и использование семафора .
И, как всегда, полный рабочий код доступен на GitHub .