【Java 线程通信】模拟ATM取钱(wait 和 notify机制)

在Java中，线程通信是一个非常重要的概念，特别是在多线程环境下进行资源共享和管理时。为了模拟一个ATM取款的场景，我们可以利用Java中的wait()和notify()机制来实现线程间的通信。以下是对这一机制的详细介绍以及相应的代码示例。

场景描述

假设我们有一个ATM机，用户可以通过这个ATM机进行取款，但ATM机的现金是有限的。在我们的例子中，可能会有多个用户试图同时从ATM机中取款，而ATM机则需要按照一定的规则进行处理。如果ATM机中的现金不足以满足某个用户的取款请求，该请求需要被挂起，直到ATM机中补充了足够的现金。

线程通信机制

在Java中，wait()和notify()是用于处理线程间通信的两种方法。具体来说：

• wait()：当一个线程调用这个方法后，它会释放当前对象的锁，并进入等待状态，直到其他线程调用与之相对应的notify()或notifyAll()方法。
• notify()：当一个线程调用这个方法时，会随机唤醒一个在该对象上等待的线程。被唤醒的线程需要重新获得锁才能继续执行。

实现代码示例

以下是一个模拟ATM取款的简单例子，其中包含多个线程试图从ATM机中取款，使用wait()和notify()机制来处理情况。

class ATM {
    private int cash = 1000; // ATM机初始现金
    private final Object lock = new Object(); // 锁对象

    // 取款方法
    public void withdraw(int amount) throws InterruptedException {
        synchronized (lock) {
            // 如果当前现金不足，等待补款
            while (amount > cash) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 取款失败，ATM机现金不足，当前现金为：" + cash);
                lock.wait(); // 释放锁并等待
            }
            // 如果足够，进行取款
            cash -= amount;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 成功取款：" + amount + "，当前现金为：" + cash);
        }
    }

    // 补款方法
    public void deposit(int amount) {
        synchronized (lock) {
            cash += amount;
            System.out.println("ATM机补款：" + amount + "，当前现金为：" + cash);
            lock.notifyAll(); // 唤醒等待的线程
        }
    }
}

class WithdrawThread extends Thread {
    private ATM atm;
    private int amount;

    public WithdrawThread(ATM atm, int amount) {
        this.atm = atm;
        this.amount = amount;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            atm.withdraw(amount);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class DepositThread extends Thread {
    private ATM atm;
    private int amount;

    public DepositThread(ATM atm, int amount) {
        this.atm = atm;
        this.amount = amount;
    }

    @Override
    public void run() {
        atm.deposit(amount);
    }
}

public class ATMTest {
    public static void main(String[] args) {
        ATM atm = new ATM();

        // 创建取款线程
        Thread withdraw1 = new WithdrawThread(atm, 700);
        Thread withdraw2 = new WithdrawThread(atm, 400);
        Thread withdraw3 = new WithdrawThread(atm, 200);

        // 创建补款线程
        Thread deposit = new DepositThread(atm, 500);

        withdraw1.start();
        withdraw2.start();
        withdraw3.start();

        // 等待一段时间后执行补款
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        deposit.start();
    }
}

总结

通过上面的示例，我们成功地实现了一个简单的ATM取款系统。在这个系统中，多个线程尝试取款，而当现金不足时，它们会被挂起，直到有线程补款并唤醒等待的线程。这展示了wait()和notify()方法在多线程环境下的应用，为线程间的通信提供了有效的解决方案。