关于java:一行Java代码实现游戏中交换装备

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摘要：JDK 1.5 开始 JUC 包下提供的 Exchanger 类可用于两个线程之间替换信息。

本文分享自华为云社区《一行 Java 代码实现两玩家替换配备【并发编程】》，作者：陈皮的 JavaLib。

1 Exchanger 是什么

JDK 1.5 开始 JUC 包下提供的 Exchanger 类可用于两个线程之间替换信息。Exchanger 对象可了解为一个蕴含 2 个格子的容器，通过调用 exchanger 办法向其中的格子填充信息，当两个格子中的均被填充信息时，主动替换两个格子中的信息，而后将替换的信息返回给调用线程，从而实现两个线程的信息替换。

性能看似简略，但这在某些场景下是很有用途的，例如游戏中两个玩家替换配备；交友软件男女心仪对象匹配。

上面简略模仿下两个玩家替换配备的场景。

package com.chenpi;

import java.util.concurrent.Exchanger;

/**
 * @Description
 * @Author 陈皮
 * @Date 2021/7/11
 * @Version 1.0
 */
public class ChenPiMain {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();

    new Thread(() -> {
      String str = null;
      try {str = exchanger.exchange("屠龙刀");
      } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
      }
      System.out.println("交易胜利，" + Thread.currentThread().getName() + "取得" + str);
    }, "周芷若").start();

    new Thread(() -> {
      String str = null;
      try {str = exchanger.exchange("倚天剑");
      } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
      }
      System.out.println("交易胜利，" + Thread.currentThread().getName() + "取得" + str);
    }, "张无忌").start();}
}

// 输入后果如下
交易胜利，张无忌取得屠龙刀
交易胜利，周芷若取得倚天剑

2 Exchanger 详解

Exchager 类可用于两个线程之间替换信息，如果一个线程调用了 Exchanger 对象的 exchange 办法之后，会始终阻塞直到另一个线程来和它替换信息，替换之后的信息返回给调用线程，从而实现两个线程的信息替换。

Exchager 底层也是应用到了自旋和 cas 机制。

留神，如果超过两个线程调用同一个 Exchanger 对象 exchange 办法时，后果是不可预计的，只有有 2 个线程满足条件了，就认为匹配胜利并替换信息。而剩下的未能失去配对的线程，则会被阻塞始终期待直到有另一个线程能与它匹配与之配对。

package com.chenpi;

import java.util.concurrent.Exchanger;

/**
 * @Description
 * @Author 陈皮
 * @Date 2021/7/11
 * @Version 1.0
 */
public class ChenPiMain {public static void main(String[] args) {Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();

    new Thread(() -> {
      String str = null;
      try {str = exchanger.exchange("屠龙刀");
      } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
      }
      System.out.println("交易胜利，" + Thread.currentThread().getName() + "取得" + str);
    }, "周芷若").start();

    new Thread(() -> {
      String str = null;
      try {str = exchanger.exchange("倚天剑");
      } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
      }
      System.out.println("交易胜利，" + Thread.currentThread().getName() + "取得" + str);
    }, "张无忌").start();

    new Thread(() -> {
      String str = null;
      try {str = exchanger.exchange("假的倚天剑");
      } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
      }
      System.out.println("交易胜利，" + Thread.currentThread().getName() + "取得" + str);
    }, "成昆").start();}
}

// 输入后果如下
交易胜利，周芷若取得假的倚天剑
交易胜利，成昆取得屠龙刀

当然，在期待替换信息的线程是能够被中断的，就比方玩家在期待交易过程中，忽然玩家下线了，那就应该中断线程期待。

package com.chenpi;

import java.lang.Thread.State;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.Exchanger;

/**
 * @Description
 * @Author 陈皮
 * @Date 2021/7/11
 * @Version 1.0
 */
public class ChenPiMain {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();

    List<Thread> threads = new ArrayList<>(3);

    Thread thread1 = new Thread(() -> {
      String str = null;
      try {str = exchanger.exchange("屠龙刀");
      } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
      }
      System.out.println("交易胜利，" + Thread.currentThread().getName() + "取得" + str);
    }, "周芷若");
    threads.add(thread1);

    Thread thread2 = new Thread(() -> {
      String str = null;
      try {str = exchanger.exchange("倚天剑");
      } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
      }
      System.out.println("交易胜利，" + Thread.currentThread().getName() + "取得" + str);
    }, "张无忌");
    threads.add(thread2);

    Thread thread3 = new Thread(() -> {
      String str = null;
      try {str = exchanger.exchange("假的屠龙刀");
      } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
      }
      System.out.println("交易胜利，" + Thread.currentThread().getName() + "取得" + str);
    }, "成昆");
    threads.add(thread3);

    for (Thread thread : threads) {thread.start();
    }

    // 期待 5 秒
    Thread.sleep(5000);

    for (Thread thread : threads) {System.out.println(thread.getName() + ":" + thread.getState());
      // 如果还在阻塞期待则中断线程
      if (thread.getState() == State.WAITING) {thread.interrupt();
      }
    }
  }
}

// 输入后果如下
交易胜利，张无忌取得屠龙刀
交易胜利，周芷若取得倚天剑
周芷若:TERMINATED
张无忌:TERMINATED
成昆:WAITING
交易胜利，成昆取得 null
java.lang.InterruptedException
    at java.util.concurrent.Exchanger.exchange(Exchanger.java:568)
    at com.chenpi.ChenPiMain.lambda$main$2(ChenPiMain.java:47)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

下面演示的是线程如果等不到另一个线程和它替换信息，则会始终期待上来。其实 Exchanger 还能够设置期待指定工夫。比方零碎设置玩家替换配备匹配工夫为 60 秒，如果超出工夫则终止交易。

package com.chenpi;

import java.util.concurrent.Exchanger;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.TimeoutException;

/**
 * @Description
 * @Author 陈皮
 * @Date 2021/7/11
 * @Version 1.0
 */
public class ChenPiMain {public static void main(String[] args) {Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();

    new Thread(() -> {
      try {
        // 超时工夫设置为 5 秒
        String str = exchanger.exchange("屠龙刀", 5, TimeUnit.SECONDS);
        System.out.println("交易胜利，" + Thread.currentThread().getName() + "取得" + str);
      } catch (TimeoutException e) {System.out.println("交易超时！");
        e.printStackTrace();} catch (InterruptedException e) {System.out.println("交易异样终止");
        e.printStackTrace();}
    }, "周芷若").start();}
}

// 输入后果如下
交易超时！java.util.concurrent.TimeoutException
    at java.util.concurrent.Exchanger.exchange(Exchanger.java:626)
    at com.chenpi.ChenPiMain.lambda$main$0(ChenPiMain.java:22)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

3 Exchanger 利用

Exchager 在遗传算法和管道设计等利用中是十分有用的。比方两个线程之间替换缓冲区，填充缓冲区的线程在须要时从另一个线程取得一个刚清空的缓冲区，并将填充的缓冲区传递给清空缓冲区的线程。

package com.chenpi;

import java.awt.image.DataBuffer;
import java.util.concurrent.Exchanger;

/**
 * @Description
 * @Author 陈皮
 * @Date 2021/7/11
 * @Version 1.0
 */
public class ChenPiMain {Exchanger<DataBuffer> exchanger = new Exchanger<DataBuffer>();
  DataBuffer initialEmptyBuffer = ... a made-up type
  DataBuffer initialFullBuffer = ...

  class FillingLoop implements Runnable {public void run() {
      DataBuffer currentBuffer = initialEmptyBuffer;
      try {while (currentBuffer != null) {addToBuffer(currentBuffer);
          if (currentBuffer.isFull()) {currentBuffer = exchanger.exchange(currentBuffer);
          }
        }
      } catch (InterruptedException ex) {...handle ...}
    }
  }

  class EmptyingLoop implements Runnable {public void run() {
      DataBuffer currentBuffer = initialFullBuffer;
      try {while (currentBuffer != null) {takeFromBuffer(currentBuffer);
          if (currentBuffer.isEmpty()) {currentBuffer = exchanger.exchange(currentBuffer);
          }
        }
      } catch (InterruptedException ex) {...handle ...}
    }
  }

  void start() {new Thread(new FillingLoop()).start();
    new Thread(new EmptyingLoop()).start();}
}

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正文完
java
发表至： java
2021-09-14
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