线程通信问题

线程通信问题

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。

1. 对于生产者：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。

2. 对于消费者：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。

一、线程通信方法

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题。

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。

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IIIegalMonitorStateException。

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：

1. 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。

2. 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。

二、线程通信问题解决方式

解决方式一：管程法

并发协作模型“生产者/消费者模式”–>管程法：

1. 生产者∶负责生产数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）；

2. 消费者：负责处理数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）；

3. 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”。

4. 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。

package com.gcbeen.thread;

// 测试:生产者消费者模型-->利用缓冲区解决:管程法
public class TestThreadPC {

    public static void main(String[] args) {
        SynContainer synContainer = new SynContainer();
        new Producer(synContainer).start();
        new Consumer(synContainer).start();
    }

}

// 生产者
class Producer extends Thread {
    // 缓冲区
    SynContainer container;

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

    // 生产
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            container.push(new Product(i));
            System.out.println("生产了:" + i + "件产品。");
        }
    }
}

// 消费者
class Consumer extends Thread {
    // 缓冲区
    SynContainer container;

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

    // 消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了:" + container.pop().id + "件产品。");
        }
    }
}

// 产品
class Product {
    int id; // 产品编号

    public Product(int id) {
        this.id = id;
    }
}

// 缓冲区
class SynContainer {
    // 需要一个容器大小
    Product[] products = new Product[10];
    // 容器计数器
    int count = 0;

    // 生产者放入产品
    public synchronized void push(Product product) {
        // 如果容器满了,需要等待消费者消费
        while (count == products.length) {
            // 通知消费者消费,等待生产
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        // 如果没有满,需要丢入产品
        products[count] = product;
        count++;
        // 通知消费者消费
        this.notifyAll();
    }

    // 消费者消费产品
    public synchronized Product pop() {
        // 判断是否能消费
        // 假如消费者1消费了最后一个，这时 index 变成 0 。
        // 此时释放锁被消费者2拿到而不是生产者拿到 ，
        // 如果 使用 if 条件判断 这时消费者的 wait 就直接去消费。 index - 1 下标越界，
        // 如果是 while 就会再去判断一下 index 的值是不是变成 0 了
        while (count <= 0) {
            // 等待生产者生产
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        // 如果可以消费
        count--;
        Product product = products[count];
        // 吃完了 通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return product;
    }

}


// 消费了:98件产品。
// 生产了:99件产品。
// 消费了:99件产品。
// 消费了:6件产品。
// 消费了:5件产品。
// 消费了:4件产品。
// 消费了:3件产品。
// 消费了:2件产品。
// 消费了:1件产品。
// 消费了:0件产品。

解决方式二：信号灯法

并发协作模型“生产者/消费者模式”—>信号灯法。

package com.gcbeen.thread;

// 测试:生产者消费者模型2-->信号灯法,标志位解决
public class TestThreadPC02 {

    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Player(tv).start();
        new Watcher(tv).start();
    }
}

// 生产者 --> 演员
class Player extends Thread {
    TV tv;

    public Player(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                this.tv.play("熊出没播放中……");
            } else {
                this.tv.play("开心消消乐……");
            }
        }
    }
}

// 消费者 --> 观众
class Watcher extends Thread {
    TV tv;

    public Watcher(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}

// 产品 --> 节目
class TV {
    String voice; // 表演的节目
    // 信号灯
    // 演员表演，观众等待 T
    // 观众观看，演员等待 F
    boolean flag = true;

    // 表演
    public synchronized void play(String voice) {
        if (!flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        System.out.println("演员表演了:" + voice);
        // 通知观众观看
        this.notifyAll();   // 通知唤醒
        this.voice = voice;
        this.flag = !this.flag;
    }

    // 观看
    public synchronized void watch() {
        if (flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观看了:" + voice);
        // 通知演员表演
        this.notify();
        this.flag = !this.flag;
    }


}


// 演员表演了:熊出没播放中……
// 观看了:熊出没播放中……
// 演员表演了:开心消消乐……
// 观看了:开心消消乐……