JAVA深化篇_33——线程并发协作(生产者/消费者模式)
线程并发协作(生产者/消费者模式)
多线程环境下，我们经常需要多个线程的并发和协作。这个时候，就需要了解一个重要的多线程并发协作模型“生产者/消费者模式”。
角色介绍
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什么是生产者？
生产者指的是负责生产数据的模块（这里模块可能是：方法、对象、线程、进程）。
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什么是消费者？
消费者指的是负责处理数据的模块（这里模块可能是：方法、对象、线程、进程）。
-
什么是缓冲区？
消费者不能直接使用生产者的数据，它们之间有个“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”拿要处理的数据。
缓冲区是实现并发的核心，缓冲区的设置有两个好处：
-
实现线程的并发协作
有了缓冲区以后，生产者线程只需要往缓冲区里面放置数据，而不需要管消费者消费的情况；同样，消费者只需要从缓冲区拿数据处理即可，也不需要管生产者生产的情况。 这样，就从逻辑上实现了“生产者线程”和“消费者线程”的分离，解除了生产者与消费者之间的耦合。
-
解决忙闲不均，提高效率
生产者生产数据慢时，缓冲区仍有数据，不影响消费者消费；消费者处理数据慢时，生产者仍然可以继续往缓冲区里面放置数据 。
实现生产者与消费者模式
创建缓冲区
/**
* 定义馒头类
*/
class ManTou{
private int id;
public ManTou(int id){
this.id = id;
}
public int getId(){
return this.id;
}
}
/**
* 定义缓冲区类
*/
class SyncStack{
//定义存放馒头的盒子
private ManTou[] mt = new ManTou[10];
//定义操作盒子的索引
private int index;
/**
* 放馒头
*/
public synchronized void push(ManTou manTou){
//判断盒子是否已满
while(this.index == this.mt.length){
try {
/**
* 语法：wait(),该方法必须要在synchronized块中调用。
* wait执行后，线程会将持有的对象锁释放，并进入阻塞状态，
* 其他需要该对象锁的线程就可以继续运行了。
*/
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//唤醒取馒头的线程
/**
* 语法：该方法必须要在synchronized块中调用。
* 该方法会唤醒处于等待状态队列中的一个线程。
*/
this.notify();
this.mt[this.index] = manTou;
this.index++;
}
/**
* 取馒头
*/
public synchronized ManTou pop(){
while(this.index == 0){
try {
/**
* 语法：wait(),该方法必须要在synchronized块中调用。
* wait执行后，线程会将持有的对象锁释放，并进入阻塞状态，
* 其他需要该对象锁的线程就可以继续运行了。
*/
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
this.notify();
this.index--;
return this.mt[this.index];
}
}
public class TestProduceThread {
public static void main(String[] args) {
}
}
创建生产者消费者线程
/**
* 定义馒头类
*/
class ManTou{
private int id;
public ManTou(int id){
this.id = id;
}
public int getId(){
return this.id;
}
}
/**
* 定义缓冲区类
*/
class SyncStack{
//定义存放馒头的盒子
private ManTou[] mt = new ManTou[10];
//定义操作盒子的索引
private int index;
/**
* 放馒头
*/
public synchronized void push(ManTou manTou){
//判断盒子是否已满
while(this.index == this.mt.length){
try {
/**
* 语法：wait(),该方法必须要在synchronized块中调用。
* wait执行后，线程会将持有的对象锁释放，并进入阻塞状态，
* 其他需要该对象锁的线程就可以继续运行了。
*/
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//唤醒取馒头的线程
/**
* 语法：该方法必须要在synchronized块中调用。
* 该方法会唤醒处于等待状态队列中的一个线程。
*/
this.notify();
this.mt[this.index] = manTou;
this.index++;
}
/**
* 取馒头
*/
public synchronized ManTou pop(){
while(this.index == 0){
try {
/**
* 语法：wait(),该方法必须要在synchronized块中调用。
* wait执行后，线程会将持有的对象锁释放，并进入阻塞状态，
* 其他需要该对象锁的线程就可以继续运行了。
*/
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
this.notify();
this.index--;
return this.mt[this.index];
}
}
/**
* 定义生产者线程类
*/
class ShengChan extends Thread{
private SyncStack ss;
public ShengChan(SyncStack ss){
this.ss = ss;
}
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<10;i++){
System.out.println("生产馒头："+i);
ManTou manTou = new ManTou(i);
this.ss.push(manTou);
}
}
}
/**
* 定义消费者线程类
*/
class XiaoFei extends Thread{
private SyncStack ss;
public XiaoFei(SyncStack ss){
this.ss = ss;
}
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<10;i++){
ManTou manTou = this.ss.pop();
System.out.println("消费馒头："+i);
}
}
}
public class ProduceThread {
public static void main(String[] args) {
SyncStack ss = new SyncStack();
new ShengChan(ss).start();
new XiaoFei(ss).start();
}
}
线程并发协作总结
线程并发协作（也叫线程通信）
生产者消费者模式：
-
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，消费者要进入等待状态。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，要通知生产者已经消费结束，需要继续生产新产品以供消费。
-
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，实现了同步但是synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递（通信）。
-
那线程是通过哪些方法来进行消息传递（通信）的呢？见如下总结：
方法名 作 用 final void wait() 表示线程一直等待，直到得到其它线程通知 void wait(long timeout) 线程等待指定毫秒参数的时间 final void wait(long timeout,int nanos) 线程等待指定毫秒、微秒的时间 final void notify() 唤醒一个处于等待状态的线程 final void 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运行 -
以上方法均是java.lang.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。
建议
在实际开发中，尤其是“架构设计”中，会大量使用这个模式。 对于初学者了解即可，如果晋升到中高级开发人员，这就是必须掌握的内容。
