Java多線程詳解（十）線程協作——生產者消費者模式

一、什麼是線程通信？

• 應用場景：生產者和消費者問題

1. 假設倉庫中只能存放一件產品，生產者將生產出來的產品放入倉庫，消費者將倉庫中的產品取走消費
2. 如果倉庫中沒有產品，則生產者將產品放入倉庫，否則停止生產並等待，直到倉庫中的產品被消費者取走爲止
3. 如果倉庫中放有產品，則消費者可以將產品取走消費，否則停止消費並等待，直到倉庫中再次放入產品爲止

二、線程通信-分析

這是一個線程同步的問題，生產者和消費者共享同一個資源，並且生產者和消費者之間相互依賴，互爲條件

• 對於生產者，沒有生產產品之前，要通知消費者等待，而生產了產品之後，又需要馬上通知消費者消費
• 對於消費者，在消費之後，要通知生產者已經結束消費，需要生產新的產品以供消費
• 在生產者消費者問題中，僅有synchronized是不夠的
  • synchronized 可阻止併發更新同一個共享資源，實現了同步
  • synchronized 不能用來實現不同線程之間的消息傳遞（通信）

三、線程通信有關的幾個方法

方法名	作用
wait()	表示線程一直等待，直到其他線程通知，與sleep不同，會釋放鎖
wait(long timeout)	指定等待的毫秒數
notify()	喚醒一個處於等待狀態的線程
notifyAll()	喚醒同一個對象上所有調用wait()方法的線程，優先級別高的線程優先調度

注意：以上方法均爲Object類的方法，都只能在同步方法或者同步代碼塊中使用，否則會拋出異常IIIegalMonitorStateException

四、經典通信模型——管程法

併發協作模型“生產者/消費者模式”—>管程法

• 生產者：負責生產數據的模塊（方法、對象、線程、進程）

• 消費者：負責處理數據的模塊（方法、對象、線程、進程）

• 緩衝區（倉庫）：消費者不能直接使用生產者的數據，他們之間有個緩衝區

生產者將生產好的數據放入緩衝區，消費者從緩衝區拿出數據

package ThreadTest;

// 測試：生產者消費者模型--->利用緩衝區解決：管程法
// 生產者、消費者、產品、緩衝區
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer synContainer = new SynContainer();

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

//生產者
class Producer extends Thread{
    SynContainer container;

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

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            container.push(new Product(i));
            System.out.println("生產了-->"+ i +"個產品");
        }
    }
}

//消費者
class Consumer extends Thread{
    SynContainer container;

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

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消費了-->"+ container.pop().id + "個產品");
        }
    }
}

//產品
class Product{
    int id; //產品編號

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

//緩衝區
class SynContainer{
    //需要一個容器
    Product[] products = new Product[10];
    //容器計數器
    int count = 0;

    //生產者放入產品
    public synchronized void push(Product product){
        //如果容器滿了，就需要等待消費者消費
        if (count == products.length){
            //通知消費者消費，生產者等待
            try{
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果沒有滿，我們就需要丟入產品
        products[count] = product;
        count++;

        //通知消費者可以消費了
        this.notifyAll();
    }

    //消費者消費產品
    public synchronized Product pop(){
        //判斷能否消費
        if (count == 0)
        {
            //等待生產者生產，消費者等待
            try{
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果可以消費
        count--;
        Product product = products[count];

        //消費完了，通知生產者生產
        this.notifyAll();
        return product;
    }
}