Java多线程基础：生产者/消费者模型

Java多线程基础：生产者/消费者模型

生产者/消费者模型

　　生产者消费者模型是多线程协作的经典模型，生产者线程负责产出数据，消费者线程负责消费生产者生产的数据，数据存放在共享区域内。该模型旨在合理的指导生产者和消费者进行生产或消费，避免过量生产以及无法消费的等问题。

　　

　首先生产者和消费者互相解耦，那线程同步的重任放在了共享区域内：

• 当共享区域存满时，阻塞生产者，防止其继续生产。
• 当共享区域清空时，阻塞消费者，防止其继续消费。　　　

说明：这里的阻塞并不等同指线程的阻塞态，实现阻塞的方式有很多种 。　

1. 线程调用sleep。
2. 线程调用阻塞式IO方法，在该方法返回前，该线程被阻塞。
3. 线程试图获得一个同步监视器，但该同步监视器正在被其他线程所持有。
4. 线程等待某个通知。
5. 程序调用了suspend方法将该线程挂起，非常容易导致死锁，避免即可。　

 

基于等待/唤醒机制实现模型

实现原理

　　object.wait()方法的作用是使当前执行代码的线程进入等待态，该方法用来将当前线程置入“预执行队列”，并在wait所在的代码行处停止执行，直到接到通知或被中断为止。wait方法会释放锁，所以它一定是在同步方法或同步代码块中使用。

　　obejct.notify()方法也是在同步方法或者同步块中使用，该方法用于通知那些可能等待该对象的对象锁的其他线程，如果有多个线程等待，则由线程规划器随机挑选出其中一个呈wait状态的线程，对其发出通知notify，并使它等待获取该对象的对象锁。

说明：在执行notify方法后，当前线程不会马上释放该对象锁，呈wait状态的线程也并不能马上获取该对象锁，要等到执行notify方法的线程将程序执行完，也就是退出Synchronized代码块后，才会释放锁，而呈wait状态所在的线程才可以获取该对象锁。

 　　一句话总结就是：wait是线程停止运行，已达到阻塞的目的，而notify使停止的线程继续运行。它们两个互相配合，以实现线程间相互通信。

代码实现

生产者，负责生产数据。

class Producer extends Thread{
    private Buffer buffer;
    public Producer(Buffer buffer){
        this.buffer = buffer;
    }
    @Override
    public void run() {
       for (int i=0;i<10;i++){
           try {
               buffer.add(i);
               Thread.sleep(1000);
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
       }
    }
}

消费者，负责消费数据。

class Consumer extends Thread{
    private Buffer buffer;
    public Consumer(Buffer buffer){
        this.buffer = buffer;
    }
    @Override
    public void run() {
        for(int i=0;i<10;i++){
            try {
                System.out.println(buffer.pull());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

缓存区，即共享区域。

class Buffer{
    private Queue<Integer> list;
    private int size;

    public Buffer(int size) {
        list = new LinkedList<>();
        this.size = size;
    }

    public void add(int val) throws InterruptedException {
        synchronized (this){
            if(list.size()>=size)
                wait();
            list.add(val);
            notify();
        }
    }

    public int pull() throws InterruptedException {
        synchronized (this){
            if(list.size()==0)
                wait();
            int val = list.poll();
            notify();
            return val;
        }
    }

}

　　

参考资料

• 《Java多线程编程艺术》