Java 多線程模擬龜兔賽跑：同步與協作機制解析

程式碼概覽

這是一段經典的 Java 多線程範例，模擬《龜兔賽跑》寓言。兔子速度是烏龜的 5 倍，但休息時間長 10 倍。程式使用 wait()/notifyAll() 實現兩條線程的同步起跑，並透過 Thread.sleep() 模擬跑步與休息。

核心類別結構

主類 T

• 持有共享鎖 lock 與計數器 ready。
• main() 建立兩個 Runnable 實例（TortoiseRace、RabbitRace），啟動線程。
• 主線程自旋等待 ready == 2，確保兩選手進入等待狀態。
• 獲得鎖後呼叫 lock.notifyAll() 發令槍響。

烏龜線程 TortoiseRace

• run() 中先同步增加 ready，隨即 lock.wait() 等待發令。
• 獲釋後每 1 米輸出一次，Thread.sleep(1) 模擬單位時間。
• 跑滿 1000 米結束。

兔子線程 RabbitRace

• 同樣先增加 ready 並 wait()。
• 每步 5 米，Thread.sleep(10) 模擬較長休息。
• 同樣以 1000 米為終點。

關鍵同步細節

// 主線程等待兩選手就緒
while (ready < 2) {
    Thread.sleep(1);
}
synchronized (lock) {
    lock.notifyAll(); // 同時喚醒烏龜與兔子
}

選手線程：

synchronized (T.lock) {
    T.ready++;
    T.lock.wait(); // 釋放鎖並進入等待集合
}

這確保了「同時起跑」的語義，避免其中一個線程搶跑。

輸出範例

烏龜跑了1 米!
兔子跑了5米!
烏龜跑了1 米!
...
烏龜已經跑完了比賽路程!
兔子跑完了比賽路程!

由於兔子單位時間跑 5 米但休息 10 倍，烏龜以均速 1 米/單位時間最終獲勝，呼應寓言寓意。

改進建議

• 使用 CountDownLatch 或 CyclicBarrier 替代手動 ready 計數，語義更清晰。
• 將距離、速度、休息時間參數化，便於擴展。
• 加入比賽結果判斷邏輯，輸出最終贏家。