Java多线程应用示例-抽奖

这里用java多线程实现一个简单的抽奖程序，从100个座位号中，随机抽取10位。
我设计的思路是用10个线程，每个线程从100个座位号中随机抽取1位，然后显示在黑板上，然后再去抽取，再显示。这里涉及到从100 个座位号中随机抽取时要线程之间要同步，否则会出现同一个号被多个线程抽取。一个线程大致分为如下几个步骤：
a.从待抽取的座位列表中随机抽取座位。
b.将抽取的座位号显示在黑板对应的位置上，并取得那个位置上当前显示的座位号。
c.将b步得到的座位号添加到待抽取列表中。

经过a,b,c三步，一个线程一次的动作算完成了，将这三步操作视为一个原子操作，进行线程间同步，剩下的就是循环抽取座位号就行了。

有几点需求注意：
1.b步可以不同步，但发现，当随机抽取的数量多时，此时一个线程（假设代号为1）还没有来得及更新黑板上对应位置的座位号，另一个线程（假设代号为2）已经将1线程放入座位组中的号又取出来，并显示在黑板上了。这样就会造成黑板上同一个座位号显示了多次。
2.需要区分哪些座位号是抽取过的，哪些座位号是没有抽取过的，这样每次抽取只抽取没有抽取过的。会自然而然的用两个List表示。但仔细想想，不需要用两个List区分，因为黑板上显示的座位号就是已经抽取的，只需要每次从座位池中删除，然后显示在黑板上，再次抽取时，将黑板上原来显示的座位号放回座位池中即可。
3.是否可以用LinkedList代替ArrayList。大家都知道LinkedList的删除，插入性能优于ArrayList,并且这里线程也需要反复不断的对座位池进行删除，新增操作。但这里的新增只是在最后面加入，影响不大，有影响的就是删除操作。但是这样还会有不断的随机取号操作。到底是删除操作影响大，还是取号操作影响大呢？经过验证发现，当座位池中座位号比较大时(假如为10万)，LinkedList速度会明显慢于ArrayList,几乎有10倍之差。

源码如下:
抽取号码部分:

package cn.yanggy.demo03;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;

/**
 * @author Cool-Coding 2017/12/1
 * 此类是随机样本抽取工具类，从N个样本源中随机抽取M个样本
 *由于N个样本不断的从队列取出，再放到队列尾部，N个样本抽中的概率相等
 * 使用方法：
 * RandomFetch randomFetch=new RandomFetch(source,sampleCount,SampleShow);
 * randomFetch.start()
 * randomFetch.stop()
 * randomFetch.pause()
 * randomFetch.resume()
 */
public final class RandomFetch<T> {
    //源数据池
    private List<T> source;
    //样本数
    private int smaple;
    //结果回调接口
    private SampleShow<T> sampleShow;
    //线程列表
    private final List<Picker> threadList = new ArrayList<>();
    //停止标识，使用volatile，是因为多线程共享同一变量时，需要变量改变时，线程能够即时发现
    private volatile boolean stop = false;
    //暂停标识
    private volatile boolean suspend = false;

    //暂停锁
    private Object suspendLock=new Object();

    public RandomFetch(List<T> source,int sample,SampleShow<T> sampleShow) {
        this.source=source;//源数据池
        this.smaple=sample;//样本数
        this.sampleShow=sampleShow;//结果回调接口
    }

     //开始抽奖
    public void start() {
        for (int i = 0; i < smaple; i++) {
            Picker runnable = new Picker();
            threadList.add(runnable);
            Thread thread = new Thread(runnable, i + "");
            thread.start();
        }
    }

    //停止抽奖
    public void stop() {
            stop = true;
    }

    //恢复
    public void resume() {
        suspend = false;
        //threadList.forEach(pick ->{synchronized(pick){pick.notify();}});
        synchronized (suspendLock){
            suspendLock.notifyAll();
        }
    }

    //暂停
    public void pause() {
        suspend = true;
    }


    //抽奖线程
    private class Picker implements Runnable  {

        public T pickSeatNumber() {
            //有待取的座位时才去取，否则跳过
            int count = source.size();
            if (count > 0) {
                //随机取一个序号[0,count)
                int index = new Random().nextInt(count);
                //得到座位号
                T seatNumber = source.get(index);
                //将座位从待取座位中移除
                source.remove(index);
                return seatNumber;
            }
            return null;
        }

        public T showSeatNumber(T seatNumber) throws RandomFetchException {
            //看当前线程更新的是黑板上哪个位置的座位号[0,sample)
            int index = Integer.valueOf(Thread.currentThread().getName());
            if(index >=0 && index < smaple) {
                T oldSample=sampleShow.show(index,seatNumber);
                //如果黑板对应位置之前没有座位号时，则返回Null
                if (oldSample == null || oldSample.equals("")) oldSample = null;
                return oldSample;
            }else{
                throw new RandomFetchException("thread name is not right,it should be between 0 and "+smaple);
            }
        }

        public void readyAgain(T oldSeatNumber) {
            //添加到待取座位列表中
            source.add(oldSeatNumber);
        }

        @Override
        public void run() {
            while (!stop) {
                if (suspend) {
                    //object.wait,object.notify必须是锁对象
                    //此处不用RandomFetch.this，原因是其它线程获得了RandomFetch.this锁时，当前
                    //线程仍可以暂停
                    synchronized (suspendLock) {
                        try {
                            suspendLock.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }

                    }
                }

                synchronized (RandomFetch.this)  {
                    T seatNumnber = pickSeatNumber();
                    T oldSeatNumber = null;
                    if (seatNumnber != null) {
                        try {
                            oldSeatNumber = showSeatNumber(seatNumnber);
                        }catch (RandomFetchException e){
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }

                    if (oldSeatNumber != null) {
                        readyAgain(oldSeatNumber);
                    }
                }
            }
        }
    }
}

package cn.yanggy.demo03;

/**
 * @author Cool-Coding 2017/12/1
 * 异常类
 */
public class RandomFetchException extends Exception {
    public RandomFetchException(){

    }
    public RandomFetchException(String message){
        super(message);
    }
}


package cn.yanggy.demo03;
/**
 * @author Cool-Coding 2017/12/1
 * 随机抽奖返回结果接口
 * 此接口用于调用者与随机抽奖线程之间进行数据交换
 */
public interface SampleShow<T> {
    public T show(int index, T data);
}

屏幕部分:

package cn.yanggy.demo03;

import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.util.ArrayList;

/**
 * @author Cool-Coding 2017/12/1
 */
public class BlackBoard extends JFrame implements  ActionListener {
    private final int LUCKYCOUNT =10;
    private final String START ="开始";
    private final String STOP ="停止";
    private final String PAUSE ="暂停";
    private final String RESUME ="恢复";
    private final JPanel panel=new JPanel(new GridLayout(5, 2));
    private JButton jButton;
    private JButton jButton2;

    private final RandomFetch randomFetch;

    public BlackBoard(){
        // 窗口属性的设置
        setTitle("抽奖");// 窗口标题
        setSize(300, 200);// 窗口大小
        setLocationRelativeTo(null);// 窗口居中
        setDefaultCloseOperation(EXIT_ON_CLOSE);// 关闭窗口则退出虚拟机
        setLayout(new GridLayout(2, 1));// 设置布局流式布局

        for(int i = 0; i< LUCKYCOUNT; i++){
            final JLabel label=new JLabel();
            label.setName(i+"");
            label.setFont(new Font("宋休",Font.PLAIN,20));
            panel.add(label);
        }

        JPanel panel2=new JPanel();
        jButton=new JButton(START);
        jButton.setSize(100,100);
        jButton.addActionListener(this);
        panel2.add(jButton);

        jButton2=new JButton(PAUSE);
        jButton2.setEnabled(false);
        jButton2.setSize(100,100);
        jButton2.addActionListener(this);
        panel2.add(jButton2);
        add(panel);
        add(panel2);

        //抽取样本
        ArrayList<String> source=new ArrayList<>();
        for(int i=0;i<100;i++){
            source.add("seat"+i);
        }

        randomFetch = new RandomFetch<String>(source, LUCKYCOUNT, new SampleShow<String>() {
            @Override
            public String show(int index, String data) {
                JLabel label=BlackBoard.this.getLabel(index);
                String oldSeatNumber = label.getText();
                label.setText(data);
                return  oldSeatNumber;
            }
        });
    }

    //获取Lable
    public JLabel getLabel(int index){
        return (JLabel)panel.getComponent(index);
    }

    @Override
    public void actionPerformed(ActionEvent e) {
    String action=e.getActionCommand();
    if(action.equals(START)) {
      randomFetch.start();
      jButton.setText(STOP);

      //可以暂停了
      jButton2.setText(PAUSE);
      jButton2.setEnabled(true);

    }else if(action.equals(STOP)){
        randomFetch.stop();
        //jButton.setText(START);
        jButton.setEnabled(false);

        //将按钮变成灰色
        //jButton2.setText(PAUSE);
        jButton2.setEnabled(false);

        //检查是否有两个Lable 内容相同
        ArrayList<String> list=new ArrayList<>();
        for(Component comp:panel.getComponents()){
            JLabel label=(JLabel)comp;
            String text=label.getText();
            boolean yesorno=list.contains(text);
            if(!yesorno){
                list.add(text);
            }else{
                System.out.println("wrong:"+text);
            }
        }
        if (list.size()==LUCKYCOUNT) System.out.println("success");
    }else if(action.equals(PAUSE)){
        randomFetch.pause();
        jButton2.setText(RESUME);
    }else if(action.equals(RESUME)){
        randomFetch.resume();
        jButton2.setText(PAUSE);
    }
    }

    public static void main(String args[]){
        BlackBoard blackBoard=new BlackBoard();
        blackBoard.setVisible(true);
        //showComponents(blackBoard.getPanel());
    }
}

本文的目的是线程的运用，所以屏幕部分写的比较简陋。其中要注意的是线程的暂停和恢复，需要同步的对象是线程本身，即synchronized (this){wait();}，否则会报异常：java.lang.IllegalMonitorStateException

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