Java多线程窗口售票问题实例

我来给你讲解一下"Java多线程窗口售票问题实例"的完整攻略。

1. 问题简述

本问题的简述为在多线程环境中售出固定数量的火车票,要求实现以下功能:

  • 火车票总数为固定值,每售出一张火车票,总数减一
  • 一共有三个窗口同时售票
  • 当火车票售罄时,需要给顾客返回信息并结束售票

2. 思路分析

上述问题可以抽象为多线程环境下的资源共享问题,需要运用线程同步与互斥的相关知识进行处理。解决该问题最为简便的方法是使用 Java 中的 Lock、Condition、Runnable 等相关类,实现如下几个步骤:

  1. 借助 Lock 锁对象对访问共享变量的代码块进行加锁与解锁,确保同一时刻只能有一个线程访问共享变量
  2. 在生产者和消费者线程中,使用 Condition 类的 await() 和 signal() 方法实现阻塞和唤醒
  3. 在不满足条件的情况下,生产者线程使用 await() 方法进入等待状态,消费者线程使用 signal() 方法唤醒生产者线程
  4. 当条件满足时,生产者将数据放入共享缓冲区中,此时生产者线程使用 signal() 方法唤醒消费者线程,消费者从共享缓冲区取出数据

3. 代码实现

以下是Java多线程窗口售票问题实例中的代码实现,我们可以通过该示例来进一步理解上述思路。

/** 
 * 火车票售票示例
 *
 * 实现多个窗口同时售票,保证售出的票数不超过总数
 * 
 */

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class TicketDemo {
    private static int ticketCount = 100;  // 初始车票总数为100

    // 使用ReentrantLock锁对象实现对共享变量ticketCount的互斥访问
    private static final Lock lock = new ReentrantLock();
    private static final Condition newCondition = lock.newCondition();

    public static void main(String[] args) {
        // 开启10个售票窗口
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    while (true) {  // 实现轮流售票
                        lock.lock();  // 加锁
                        try {
                            if (ticketCount <= 0) {  // 所有票卖完
                                System.out.println(Thread.currentThread() + "所有火车票已售完,下次请早!");
                                break;
                            } else {  // 火车票未售完
                                // 售票操作
                                System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + "售出火车票,剩余票数为:" + (--ticketCount));
                            }
                        } finally {
                            lock.unlock();  // 解锁
                        }

                        // 休眠100ms,方便观察线程切换
                        try {
                            Thread.sleep(100);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }, "窗口" + i).start();
        }
    }
}

上述代码中,我们使用 ReentrantLock 进行锁定,同时借助 Condition 对象控制售票线程的阻塞与唤醒,实现有效的线程同步与互斥。

4. 实例说明

下面我们通过两个实例说明售票问题的实现过程。

示例1:使用 synchronized 实现线程同步

在这个示例中,我们使用 synchronized 实现线程同步。

/**
 * 火车票售票系统
 *
 * 使用synchronized方法实现对共享变量ticketCount的互斥访问
 */

public class TicketDemo {
    private static int ticketCount = 100;  // 初始车票总数为100

    public static void main(String[] args) {
        // 开启10个售票窗口
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    while (true) {  // 实现轮流售票
                        synchronized (this) {
                            if (ticketCount <= 0) {  // 所有票卖完
                                System.out.println(Thread.currentThread() + "所有火车票已售完,下次请早!");
                                break;
                            } else {  // 火车票未售完
                                // 售票操作
                                System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + "售出火车票,剩余票数为:" + (--ticketCount));
                            }
                        }

                        // 休眠100ms,方便观察线程切换
                        try {
                            Thread.sleep(100);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }, "窗口" + i).start();
        }
    }
}

上述示例中,我们使用 synchronized 方法实现线程同步保证对共享变量 ticketCount 的互斥访问,从而提高代码的性能。

示例2:使用 ReentrantLock 实现线程互斥访问

这个示例中,我们使用 ReentrantLock 进行锁定,从而控制售票线程的并发执行。

/**
 * 火车票售票系统
 *
 * 使用ReentrantLock锁对象实现对共享变量ticketCount的互斥访问
 */

public class TicketDemo {
    private static int ticketCount = 100;  // 初始车票总数为100

    // 使用ReentrantLock锁对象实现对共享变量ticketCount的互斥访问
    private static final Lock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) {
        // 开启10个售票窗口
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    while (true) {  // 实现轮流售票
                        lock.lock();  // 加锁
                        try {
                            if (ticketCount <= 0) {  // 所有票卖完
                                System.out.println(Thread.currentThread() + "所有火车票已售完,下次请早!");
                                break;
                            } else {  // 火车票未售完
                                // 售票操作
                                System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + "售出火车票,剩余票数为:" + (--ticketCount));
                            }
                        } finally {
                            lock.unlock();  // 解锁
                        }

                        // 休眠100ms,方便观察线程切换
                        try {
                            Thread.sleep(100);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }, "窗口" + i).start();
        }
    }
}

通过使用 ReentrantLock 锁对象和锁定的相关操作,我们可以在多线程环境下有效控制共享变量的并发访问,实现线程同步和互斥的效果。

5. 总结

以上便是 "Java多线程窗口售票问题实例" 的完整攻略。对于类似的多线程共享资源问题,需要我们理解互斥和同步的概念,掌握 Java 中的相关类、方法和特性,以此实现线程安全的同时提高代码的性能和效率。

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