【多线程】-- 12 线程协作之生产者消费者问题及解决办法

多线程

9 线程协作

“生产者消费者问题” ——并非二十三种设计模式之一

9.1 生产者消费者问题

“线程通信”

• 应用场景：生产者和消费者问题
  • 假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取走消费
  • 如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止
  • 如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止

分析：这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件！

• 对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待；而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费

• 对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经结束消费，需要生成新的产品以供消费

• 在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的

  • synchronized可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步
  • synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递(通信)

• Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

【注意】均是Object类的方法，都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常IllegalMonitorStateException

1. 解决方式一：并发协作模式“生产者/消费者模式” —> 管程法

• 生产者：负责生产数据的模块(可能是方法，对象，线程，进程)；
• 消费者：负责处理数据的模块(可能是方法，对象，线程，进程)；
• 缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，它们之间存在一“缓冲区”

生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据

2. 解决方式二：并发协作模式“生产者/消费者模式” —> 信号灯法

9.2 管程法

package com.duo.advanced;

//测试：生产者消费者模型-->利用缓冲区解决(管程法)
//生产者、消费者、产品、缓冲区
public class PCModeTest {
   

    public static void main(String[] args) {
   
        SynContainer container = new SynContainer();

        new Producer(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}

class Producer extends Thread {
   
    SynContainer container;

    public Producer(SynContainer container) {
   
        this.container = container;
    }

    @Override
    public void run() {
   
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
   
            container.put(new Chicken(i));
            System.out.println("生产了" + i + "只鸡");
        }
    }
}

class Consumer extends Thread {
   
    SynContainer container;

    public Consumer(SynContainer container) {
   
        this.container = container;
    }

    @Override
    public void run() {
   
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
   
            System.out.println("消费了-->" + container.take().id + "只鸡");
        }
    }
}

class Chicken {
   
    int id;
    public Chicken(int id) {
   
        this.id = id;
    }
}

class SynContainer {
   
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];  //需要一个容器大小

    int count = 0;  //容器计数器

    //生产者放入产品
    public synchronized void put(Chicken chicken) {
   
        //先判断缓冲区是否已满，若已满，则需要等待消费者消费
        if (count == chickens.length) {
   
            //通知消费者消费，生产者等待
            try {
   
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
   
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果没有满，则需要将产品放入容器
        chickens[count] = chicken;
        count++;

        this.notifyAll();  //继续通知消费者消费
    }

    public synchronized Chicken take() {
   
        //先判断能否进行消费
        if (count == 0) {
   
            //通知生产者生产，消费者等待
            try {
   
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
   
                e.printStackTrace();
            }
        }

        count--;  //如果容器有产品，则直接进行消费

        this.notifyAll();  //紧接着通知生产者生成
        return chickens[count];
    }
}

运行结果：

从上图可以看到，生产者生产10只鸡之后，消费者开始消费；且存在同时消费(生产)多只鸡的情况，但总是保持着生产者与消费者之间的等待关系。