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二十六、多线程售票案例

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多线程售票案例

1. 前言

本节内容主要是使用 Java 的锁机制对多线程售票案例进行实现。售票案例多数情况下主要关注多线程如何安全的减少库存,也就是剩余的票数,当票数为 0 时,停止减少库存。

本节内容除了关注车票库存的减少,还会涉及到退票窗口,能够更加贴切的模拟真实的场景。

本节内容需要学习者关注如下两个重点:

  • 掌握多线程的售票机制模型,在后续的工作中如果涉及到类似的场景,能够第一时间了解场景的整体结构;
  • 使用 Condition 和 Lock 实现售票机制,巩固我们本章节内容所学习的新的锁机制。

2. 售票机制模型

售票机制模型是源于现实生活中的售票场景,从开始的单窗口售票到多窗口售票,从开始的人工统计票数到后续的系统智能在线售票。多并发编程能够实现这一售票场景,多窗口售票情况下保证线程的安全性和票数的正确性。

20210321212048899.jpg

如上图所示,有两个售票窗口进行售票,有一个窗口处理退票,这既是现实生活中一个简单的售票机制。

3. 售票机制实现

场景设计

  • 创建一个工厂类 TicketCenter,该类包含两个方法,saleRollback 退票方法和 sale 售票方法;
  • 定义一个车票总数等于 10 ,为了方便观察结果,设置为 10。学习者也可自行选择数量;
  • 对于 saleRollback 方法,当发生退票时,通知售票窗口继续售卖车票;
  • 对 saleRollback 进行特别设置,每隔 5000 毫秒退回一张车票;
  • 对于 sale 方法,只要有车票就进行售卖。为了更便于观察结果,每卖出一张车票,sleep 2000 毫秒;
  • 创建一个测试类,main 函数中创建 2 个售票窗口和 1 个退票窗口,运行程序进行结果观察。
  • 修改 saleRollback 退票时间,每隔 25 秒退回一张车票;
  • 再次运行程序并观察结果。

实现要求:本实验要求使用 ReentrantLock 与 Condition 接口实现同步机制。

实例

public class DemoTest {
        public static void main(String[] args) {
            TicketCenter ticketCenter = new TicketCenter();
            new Thread(new saleRollback(ticketCenter),"退票窗口"). start();
            new Thread(new Consumer(ticketCenter),"1号售票窗口"). start();
            new Thread(new Consumer(ticketCenter),"2号售票窗口"). start();
        }
}

class TicketCenter {
    private int capacity = 10; // 根据需求:定义10涨车票
    private Lock lock = new ReentrantLock(false);
    private Condition saleLock = lock.newCondition();
    // 根据需求:saleRollback 方法创建,为退票使用
    public void saleRollback() {
        try {
            lock.lock();
            capacity++;
            System.out.println("线程("+Thread.currentThread().getName() + ")发生退票。" + "当前剩余票数"+capacity+"个");
            saleLock.signalAll(); //发生退票,通知售票窗口进行售票
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    // 根据需求:sale 方法创建
    public void sale() {
        try {
            lock.lock();
            while (capacity==0) { //没有票的情况下,停止售票
                try {
                    System.out.println("警告:线程("+Thread.currentThread().getName() + ")准备售票,但当前没有剩余车票");
                    saleLock.await(); //剩余票数为 0 ,无法售卖,进入 wait
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            capacity-- ; //如果有票,则售卖 -1
            System.out.println("线程("+Thread.currentThread().getName() + ")售出一张票。" + "当前剩余票数"+capacity+"个");
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

class saleRollback implements Runnable {
    private TicketCenter TicketCenter; //关联工厂类,调用 saleRollback 方法
    public saleRollback(TicketCenter TicketCenter) {
        this.TicketCenter = TicketCenter;
    }
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            TicketCenter.saleRollback(); //根据需求 ,调用 TicketCenter 的 saleRollback 方法

        }
    }
}
class Consumer implements Runnable {
    private TicketCenter TicketCenter;
    public Consumer(TicketCenter TicketCenter) {
        this.TicketCenter = TicketCenter;
    }
    public void run() {
        while (true) {
            TicketCenter.sale(); //调用sale 方法
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

结果验证

线程(1号售票窗口)售出一张票。当前剩余票数9个
线程(2号售票窗口)售出一张票。当前剩余票数8个
线程(2号售票窗口)售出一张票。当前剩余票数7个
线程(1号售票窗口)售出一张票。当前剩余票数6个
线程(1号售票窗口)售出一张票。当前剩余票数5个
线程(2号售票窗口)售出一张票。当前剩余票数4个
线程(退票窗口)发生退票。当前剩余票数5个
线程(1号售票窗口)售出一张票。当前剩余票数4个
线程(2号售票窗口)售出一张票。当前剩余票数3个
线程(2号售票窗口)售出一张票。当前剩余票数2个
线程(1号售票窗口)售出一张票。当前剩余票数1个
线程(退票窗口)发生退票。当前剩余票数2个
线程(1号售票窗口)售出一张票。当前剩余票数1个
线程(2号售票窗口)售出一张票。当前剩余票数0个
警告:线程(1号售票窗口)准备售票,但当前没有剩余车票
警告:线程(2号售票窗口)准备售票,但当前没有剩余车票
线程(退票窗口)发生退票。当前剩余票数1个
线程(1号售票窗口)售出一张票。当前剩余票数0个
警告:线程(2号售票窗口)准备售票,但当前没有剩余车票
警告:线程(1号售票窗口)准备售票,但当前没有剩余车票

结果分析:从结果来看,我们正确的完成了售票和退票的机制,并且使用了 ReentrantLock 与 Condition 接口。

代码片段分析 1:看售票方法代码。

public void sale() {
        try {
            lock.lock();
            while (capacity==0) { //没有票的情况下,停止售票
                try {
                    System.out.println("警告:线程("+Thread.currentThread().getName() + ")准备售票,但当前没有剩余车票");
                    saleLock.await(); //剩余票数为 0 ,无法售卖,进入 wait
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            capacity-- ; //如果有票,则售卖 -1
            System.out.println("线程("+Thread.currentThread().getName() + ")售出一张票。" + "当前剩余票数"+capacity+"个");
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

主要来看方法中仅仅使用了 await 方法,因为退票是场景触发的,售票窗口无需唤醒退票窗口,因为真实的场景下,可能没有退票的发生,所以无需唤醒。这与生产者与消费者模式存在着比较明显的区别。

代码片段分析 2:看退票方法代码。

public void saleRollback() {
        try {
            lock.lock();
            capacity++;
            System.out.println("线程("+Thread.currentThread().getName() + ")发生退票。" + "当前剩余票数"+capacity+"个");
            saleLock.signalAll(); //发生退票,通知售票窗口进行售票
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

退票方法只有 signalAll 方法,通知售票窗口进行售票,无需调用 await 方法,因为只要有退票的发生,就能够继续售票,没有库存上限的定义,这也是与生产者与消费者模式的一个主要区别。

总结:售票机制与生产者 – 消费者模式存在着细微的区别,需要学习者通过代码的实现慢慢体会。由于售票方法只需要进入 await 状态,退票方法需要唤醒售票的 await 状态,因此只需要创建一个售票窗口的 Condition 对象。

4. 小结

本节内容主要对售票机制模型进行了讲解,核心内容为售票机制的实现。实现的过程使用 ReentrantLock 与 Condition 接口实现同步机制,也是本节课程的重点知识。

至此,并发编程原理课程就结束了,从基本的多线程的创建,synchronized 关键字的使用,再到锁的应用,贯穿了并发编程原理的全部知识,学习完本套课程,可以进一步学习并发编程包的课程。

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