避免多线程干扰命令行输出

本文旨在解决多线程环境下，命令行交互过程中，其他线程的输出信息干扰用户输入的问题。文章将阐述为何无法完全阻止此类中断，并提供几种可行的解决方案，包括重定向输出、使用命名管道以及利用 curses 库进行多线程控制台程序设计。

在多线程 Java 程序中，当一个线程（例如主线程）通过 Scanner.nextLine() 监听用户输入，而另一个线程周期性地向控制台打印信息时，用户输入常常会被后者打印的内容打断，导致输入混乱。 理论上，没有办法完全阻止这种情况的发生。这是因为多个线程本质上是在共享同一个控制台资源，从而导致输出的交错。尽管显示上看起来混乱，但读写操作实际上仍然在正常进行。

以下是一些可以缓解或解决此问题的方案：

1. 重定向输出

最简单的方法是将非交互线程的输出重定向到其他地方，而不是控制台。这可以通过多种方式实现：

• 文件: 将线程 B 的输出写入文件。

  import java.io.PrintStream;
  import java.io.FileOutputStream;
  import java.io.IOException;
  
  public class ThreadB implements Runnable {
      @Override
      public void run() {
          try (PrintStream out = new PrintStream(new FileOutputStream("threadB.log"))) {
              while (true) {
                  out.println("test");
                  Thread.sleep(1000);
              }
          } catch (IOException | InterruptedException e) {
              e.printStackTrace();
          }
      }
  }

  主线程（Thread A）的代码保持不变，只需要Thread B将信息输出到文件threadB.log。

• 命名管道: 使用命名管道（也称为 FIFO）进行线程间通信，并将线程 B 的输出发送到管道，由另一个进程或线程读取。

2. 使用单线程控制台交互

核心思想是避免多个线程同时操作控制台。这意味着需要将控制台的读写操作都集中到一个线程中进行。其他线程可以通过某种机制（例如消息队列）将需要显示的信息传递给该线程，由该线程负责在适当的时候将其显示在控制台上。

3. 使用 curses 库

curses 库（例如 JCurses）提供了一种更高级的方式来控制控制台的显示。它可以将控制台屏幕划分为多个窗口，并允许你在每个窗口中独立地进行读写操作。通过合理地设计窗口布局，可以避免不同线程的输出相互干扰。

使用 curses 库需要进行更复杂的设计，但它可以提供更灵活和强大的控制台交互能力。以下是一个简单的使用 JCurses 的示例，展示如何创建两个窗口并分别由不同的线程进行操作：

import jcurses.system.CharColor;
import jcurses.system.ColorFactory;
import jcurses.system.InputChar;
import jcurses.system.Toolkit;
import jcurses.util.Rectangle;
import jcurses.widgets.Window;

public class CursesExample {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Toolkit.init();

        // 创建主窗口
        Window mainWindow = new Window(new Rectangle(0, 0, Toolkit.getDefaultToolkit().getScreenWidth(), Toolkit.getDefaultToolkit().getScreenHeight()), true);

        // 创建一个子窗口用于显示线程B的输出
        Window outputWindow = new Window(new Rectangle(0, 0, Toolkit.getDefaultToolkit().getScreenWidth() / 2, Toolkit.getDefaultToolkit().getScreenHeight() / 2), false, mainWindow);
        outputWindow.setTitle("Thread B Output");

        // 启动线程B，将输出写入 outputWindow
        Thread threadB = new Thread(() -> {
            int count = 0;
            while (true) {
                outputWindow.putString(1, 1, "Count: " + count++, new CharColor(ColorFactory.GREEN, ColorFactory.BLACK));
                outputWindow.refresh();
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        threadB.start();

        // 主线程，监听用户输入
        mainWindow.putString(1, Toolkit.getDefaultToolkit().getScreenHeight() - 2, "Enter command: ", new CharColor(ColorFactory.WHITE, ColorFactory.BLACK));
        mainWindow.refresh();

        while (true) {
            InputChar input = Toolkit.readCharacter();
            mainWindow.putString(1, Toolkit.getDefaultToolkit().getScreenHeight() - 1, "You entered: " + input.getChar(), new CharColor(ColorFactory.YELLOW, ColorFactory.BLACK));
            mainWindow.clearArea(1, Toolkit.getDefaultToolkit().getScreenHeight() - 1, Toolkit.getDefaultToolkit().getScreenWidth() - 2, 1, false);
            mainWindow.refresh();
        }

        // Toolkit.shutdown();  // 永远不会执行到这里，因为while(true)
    }
}

注意事项：

• 在使用 curses 库时，需要确保正确地初始化和关闭 curses 环境。
• 多线程 curses 程序需要仔细地进行同步，以避免竞争条件和死锁。
• curses 库的学习曲线相对较陡峭，需要花费一定的时间来掌握。

总结：

虽然无法完全阻止多线程环境下控制台输出的相互干扰，但通过重定向输出、使用单线程控制台交互或利用 curses 库，可以有效地缓解或解决这个问题。选择哪种方案取决于具体的应用场景和需求。 如果只是简单的输出，重定向到文件是最简单的方案。如果需要更复杂的控制台交互，curses 库可能是更好的选择。