二十五、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

  • 需要生产新的产品以供消费.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lllegalMonitorStateException

方法名	作用
wait()	表示线程一直等待﹐直到其他线程通知，与sleep不同，会释放锁
wait(long timeout)	指定等待的毫秒数
notify()	唤醒一个处于等待状态的线程
notifyAll()	唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程﹐优先级别高的线程优先调度

 

• 并发协作模型“生产者/消费者模式”：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
  • 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﹐他们之间有个“缓冲区；

• • • 解决方式1：管程法（缓冲区）

        

　　　　　　　　

public class ProducersAndConsumers {
    public static void main(String[] args) {

        SynContainer synContainer = new SynContainer();

        Producers p = new Producers(synContainer);
        Consumers c = new Consumers(synContainer);

        new Thread(p).start();
        new Thread(c).start();
    }
}


//生产者
class Producers implements Runnable {

    SynContainer synContainer;

    public Producers(SynContainer synContainer) {
        this.synContainer = synContainer;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            try {
                synContainer.push(i);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

//消费者
class Consumers implements Runnable {

    SynContainer synContainer;

    public Consumers(SynContainer synContainer) {
        this.synContainer = synContainer;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            try {
                synContainer.pop(i);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

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

}

//缓冲区
class SynContainer {

    Chicken[] chickens = new Chicken[10];

    int count = 0;

    //生产
    public synchronized void push(int i) throws InterruptedException {
        while (chickens.length == count) {
            this.wait();
        }
        Chicken chicken = new Chicken(i);
        chickens[count] = chicken;
        count++;
        System.out.println("生产第" + i + "只鸡");
        this.notifyAll();
    }

    //消费
    public synchronized void pop(int i) throws InterruptedException {
        while (count == 0) {
            this.wait();
        }
        //模拟延迟消费
        Thread.sleep(100);
        count--;
        System.out.println("消费第" + i + "只鸡");
        Chicken chicken = chickens[count];
        this.notifyAll();
    }
}

        

• • • 解决方式2：信号灯法（标志位）

        

public class ProducersAndConsumers2 {
    public static void main(String[] args) {

        Product product = new Product();

        Producers2 p = new Producers2(product);
        Consumers2 c = new Consumers2(product);

        new Thread(p).start();
        new Thread(c).start();
    }
}


//生产者
class Producers2 implements Runnable {

    Product product;

    public Producers2(Product product) {
        this.product = product;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            try {
                product.push(i);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

//消费者
class Consumers2 implements Runnable {

    Product product;

    public Consumers2(Product product) {
        this.product = product;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            try {
                product.pop(i);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}


//缓冲区
class Product {

    //产品
    int id;

    //标志位
    boolean flag = false;

    //生产
    public synchronized void push(int id) throws InterruptedException {
        while (flag) {
            this.wait();
        }
        this.flag = !this.flag;
        System.out.println("生产了" + id + "号");
        this.notifyAll();
    }

    //消费
    public synchronized void pop(int id) throws InterruptedException {
        while (!flag) {
            this.wait();
        }
        this.flag = !this.flag;
        System.out.println("消费了" + id + "号");
        this.notifyAll();
    }
}