Java-多线程（五）多线程通信-生产者&消费者

多线程通信-生产者&消费者

多线程中最为常见的应用案例：
生产者消费者问题。
生产和消费同时执行，需要多线程。
但是执行的任务却不相同，处理的资源确实相同的：线程间的通信。

1，描述一下资源。
2，描述生产者，因为具备着自己的任务。
3，描述消费者，因为具备着自己的任务。

  • 问题1：已经被生产很早期的商品，才被消费到

//1,描述资源。属性：商品名称和编号，  行为：对商品名称赋值，获取商品。
class Resource
{
    private String name;
    private int count = 1;
    
    //1,提供设置的方法。
    public void set(String name)
    {
        //给成员变量赋值并加上编号。
        this.name = name + count;
        //编号自增。
        count++;
        //打印生产了哪个商品。
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......生产者...."+this.name);
    }
    public void out()
    {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....消费者...."+this.name);
    }
}

//2,描述生产者。
class Producer implements Runnable
{
    private Resource r ;
    // 生产者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
    Producer(Resource r)
    {
        this.r = r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.set("面包");
        }
    }
}

//3,描述消费者。
class Consumer implements Runnable
{
    private Resource r ;
    // 消费者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
    Consumer(Resource r)
    {
        this.r = r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.out();
        }
    }
}




class ThreadDemo8
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        //1,创建资源对象。
        Resource r = new Resource();

        //2,创建线程任务。
        Producer pro = new Producer(r);
        Consumer con = new Consumer(r);

        //3,创建线程。
        Thread t1 = new Thread(pro);
        Thread t2 = new Thread(con);

        t1.start();
        t2.start();
    }
}
  • 解决问题1
    出现线程安全问题，加入了同步解决。使用同步函数。
    问题已解决：不会在消费到之前很早期的商品。

出现问题2：发现了连续生产却没有消费，同时对同一个商品进行多次消费。
希望的结果应该是生产一个商品，就被消费掉。生产下一个商品。
搞清楚几个问题？
生产者什么时候生产呢？消费者什么时候应该消费呢？
当盘子中没有面包时，就生产，如果有了面包，就不要生产。
当盘子中已有面包时，就消费，如果没有面包，就不要消费。

//1,描述资源。属性：商品名称和编号，  行为：对商品名称赋值，获取商品。
class Resource
{
    private String name;
    private int count = 1;
    
    //1,提供设置的方法。
    public synchronized void set(String name)
    {
        //给成员变量赋值并加上编号。
        this.name = name + count;
        //编号自增。
        count++;
        //打印生产了哪个商品。
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......生产者...."+this.name);
    }
    public synchronized void out()
    {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....消费者...."+this.name);
    }
}

//2,描述生产者。
class Producer implements Runnable
{
    private Resource r ;
    // 生产者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
    Producer(Resource r)
    {
        this.r = r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.set("面包");
        }
    }
}

//3,描述消费者。
class Consumer implements Runnable
{
    private Resource r ;
    // 消费者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
    Consumer(Resource r)
    {
        this.r = r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.out();
        }
    }
}




class ThreadDemo8
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        //1,创建资源对象。
        Resource r = new Resource();

        //2,创建线程任务。
        Producer pro = new Producer(r);
        Consumer con = new Consumer(r);

        //3,创建线程。
        Thread t1 = new Thread(pro);
        Thread t2 = new Thread(con);

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

等待/唤醒机制

生产者生产了商品后应该告诉消费者来消费。这时的生产者应该处于等待状态。
消费者消费了商品后，应该告诉生产者，这时消费者处于等待状态。

等待：wait();
告诉：notify();//唤醒

问题解决：实现生产一个消费一个。

=====================
等待/唤醒机制。
wait(): 会让线程处于等待状态，其实就是将线程临时存储到了线程池中。
notify():会唤醒线程池中任意一个等待的线程。
notifyAll():会唤醒线程池中所有的等待线程。

记住：这些方法必须使用在同步中，因为必须要标识wait，notify等方法所属的锁。
同一个锁上的notify，只能唤醒该锁上的被wait的线程。

为什么这些方法定义在Object类中呢？
因为这些方法必须标识所属的锁，而锁可以是任意对象，任意对象可以调用的方法必然时Object类中的方法。

//1,描述资源。属性：商品名称和编号，  行为：对商品名称赋值，获取商品。
class Resource
{
    private String name;
    private int count = 1;

    //定义标记。
    private boolean flag = false;
    
    //1,提供设置的方法。
    public synchronized void set(String name)
    {
        if(flag)
            try{this.wait();}catch(InterruptedException e){}
        //给成员变量赋值并加上编号。
        this.name = name + count;
        //编号自增。
        count++;
        //打印生产了哪个商品。
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......生产者...."+this.name);

        //将标记改为true。
        flag = true;
        //唤醒消费者。
        this.notify();
    }
    public synchronized void out()
    {
        if(!flag)
            try{this.wait();}catch(InterruptedException e){}
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....消费者...."+this.name);
        //将标记该为false。
        flag = false;
        //唤醒生产者。
        this.notify();
    }
}

//2,描述生产者。
class Producer implements Runnable
{
    private Resource r ;
    // 生产者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
    Producer(Resource r)
    {
        this.r = r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.set("面包");
        }
    }
}

//3,描述消费者。
class Consumer implements Runnable
{
    private Resource r ;
    // 消费者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
    Consumer(Resource r)
    {
        this.r = r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.out();
        }
    }
}

class ThreadDemo9
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        //1,创建资源对象。
        Resource r = new Resource();

        //2,创建线程任务。
        Producer pro = new Producer(r);
        Consumer con = new Consumer(r);

        //3,创建线程。
        Thread t1 = new Thread(pro);
        Thread t2 = new Thread(con);

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

多生产多消费问题

//1,描述资源。属性：商品名称和编号，  行为：对商品名称赋值，获取商品。
class Resource
{
    private String name;
    private int count = 1;

    //定义标记。
    private boolean flag = false;
    
    //1,提供设置的方法。
    public synchronized void set(String name)
    {
        if(flag)
            try{this.wait();}catch(InterruptedException e){}
        //给成员变量赋值并加上编号。
        this.name = name + count;
        //编号自增。
        count++;
        //打印生产了哪个商品。
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......生产者...."+this.name);

        //将标记改为true。
        flag = true;
        //唤醒消费者。
        this.notify();
    }
    public synchronized void out()
    {
        if(!flag)
            try{this.wait();}catch(InterruptedException e){}
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....消费者...."+this.name);
        //将标记该为false。
        flag = false;
        //唤醒生产者。
        this.notify();
    }
}

//2,描述生产者。
class Producer implements Runnable
{
    private Resource r ;
    // 生产者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
    Producer(Resource r)
    {
        this.r = r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.set("面包");
        }
    }
}

//3,描述消费者。
class Consumer implements Runnable
{
    private Resource r ;
    // 消费者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
    Consumer(Resource r)
    {
        this.r = r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.out();
        }
    }
}

class ThreadDemo10
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        //1,创建资源对象。
        Resource r = new Resource();

        //2,创建线程任务。
        Producer pro = new Producer(r);
        Consumer con = new Consumer(r);

        //3,创建线程。
        Thread t1 = new Thread(pro);
        Thread t2 = new Thread(con);
        Thread t3 = new Thread(con);
        Thread t4 = new Thread(con);

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
    }
}

多生产多消费。
问题1；生产了商品没有被消费，同一个商品被消费多次。
Thread-0......生产者....面包2499//没有被消费。
Thread-1......生产者....面包2500
Thread-3....消费者....面包2500

被唤醒的线程没有判断标记，造成问题1的产生。
解决：只要让被唤醒的线程必须判断标记就可以了。将if判断标记的方式改为while判断标记。记住：多生产多消费，必须时while判断条件。

//1,描述资源。属性：商品名称和编号，  行为：对商品名称赋值，获取商品。
class Resource
{
    private String name;
    private int count = 1;

    //定义标记。
    private boolean flag = false;
    
    //1,提供设置的方法。
    public synchronized void set(String name)
    {
        while(flag)
            try{this.wait();}catch(InterruptedException e){}
        //给成员变量赋值并加上编号。
        this.name = name + count;
        //编号自增。
        count++;
        //打印生产了哪个商品。
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......生产者...."+this.name);

        //将标记改为true。
        flag = true;
        //唤醒消费者。
        this.notify();
    }
    public synchronized void out()
    {
        while(!flag)
            try{this.wait();}catch(InterruptedException e){}
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....消费者...."+this.name);
        //将标记该为false。
        flag = false;
        //唤醒生产者。
        this.notify();
    }
}

//2,描述生产者。
class Producer implements Runnable
{
    private Resource r ;
    // 生产者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
    Producer(Resource r)
    {
        this.r = r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.set("面包");
        }
    }
}

//3,描述消费者。
class Consumer implements Runnable
{
    private Resource r ;
    // 消费者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
    Consumer(Resource r)
    {
        this.r = r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.out();
        }
    }
}

class ThreadDemo10
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        //1,创建资源对象。
        Resource r = new Resource();

        //2,创建线程任务。
        Producer pro = new Producer(r);
        Consumer con = new Consumer(r);

        //3,创建线程。
        Thread t1 = new Thread(pro);
        Thread t2 = new Thread(con);
        Thread t3 = new Thread(con);
        Thread t4 = new Thread(con);

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
    }
}

问题2：发现while判断后，死锁了。
原因：生产方唤醒了线程池中生产方的线程。本方唤醒了本方。
解决：希望本方要唤醒对方，没有对应的方法，所以只能唤醒所有。
其实还有一些遗憾的，效率低了。

  • Lock

jdk1.5以后提供多生产多消费的解决方案。

在java.util.concurrent.locks 软件包中提供相应的解决方案
Lock接口：比同步更厉害，有更多操作。lock():获取锁 unlock():释放锁;
提供了一个更加面对对象的锁，在该锁中提供了更多的显示的锁操作。
替代同步。

升级到JDK1.5,先把同步改成 Lock。

  • Condition

已经将旧锁替换成新锁，那么锁上的监视器方法(wait，notify，notifyAll)也应该替换成新锁的监视器方法。
而jdk1.5中将这些原有的监视器方法封装到了一个Condition对象中。
想要获取监视器方法，需要先获取Condition对象。

Condition对象的出现其实就是替代了Object中的监视器方法。
await();
signal();
signalAll();

将所有的监视器方法替换成了Condition。
功能和ThreadDemo10.java老程序的功能一样，仅仅是用新的对象。改了写法而已。
但是问题依旧；效率还是低。

希望本方可以唤醒对方中的一个。
老程序中可以通过两个锁嵌套完成，但是容易引发死锁。

新程序中，就可以解决这个问题，只用一个锁，
可以在一个锁上加上多个监视器对象。

import java.util.concurrent.locks.*;

class Resource
{
    private String name;
    private int count = 1;

    //定义一个锁对象。
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    //获取锁上的Condition对象。为了解决本方唤醒对方的问题。可以一个锁创建两个监视器对象。

    private Condition produce = lock.newCondition();//负责生产。
    private Condition consume = lock.newCondition();//负责消费。
    
    //定义标记。
    private boolean flag = false;
    
    //1,提供设置的方法。
    public  void set(String name)//   
    {
        //获取锁。
        lock.lock();
        try{

            while(flag)
                try{produce.await();}catch(InterruptedException e){}// t1等  t2等
            this.name = name + count;//商品1  商品2  商品3
            count++;//2 3  4
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......生产者...."+this.name);//生产 商品1  生产商品2  生产商品3

            //将标记改为true。
            flag = true;
            //执行的消费者的唤醒。唤醒一个消费者就哦了。
            consume.signal();
        }finally{

            lock.unlock();//一定要执行。
        }
    }
    public  void out()// 
    {

        lock.lock();
        try{
        while(!flag)
            try{consume.await();}catch(InterruptedException e){}//t3等  //t4等
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....消费者...."+this.name);//消费 商品1
        //将标记该为false。
        flag = false;
        //
        produce.signal();
        }
        finally{
            lock.unlock();
        }
    }
}

//2,描述生产者。
class Producer implements Runnable
{
    private Resource r ;
    // 生产者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
    Producer(Resource r)
    {
        this.r = r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.set("面包");
        }
    }
}

//3,描述消费者。
class Consumer implements Runnable
{
    private Resource r ;
    // 消费者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
    Consumer(Resource r)
    {
        this.r = r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.out();
        }
    }
}


class ThreadDemo11
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        //1,创建资源对象。
        Resource r = new Resource();

        //2,创建线程任务。
        Producer pro = new Producer(r);
        Consumer con = new Consumer(r);

        //3,创建线程。
        Thread t1 = new Thread(pro);
        Thread t2 = new Thread(pro);
        Thread t3 = new Thread(con);
        Thread t4 = new Thread(con);

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
    }
}

理解文档提供的Condition范例

class BoundedBuffer {
   final Lock lock = new ReentrantLock();//锁
   final Condition notFull  = lock.newCondition(); //生产
   final Condition notEmpty = lock.newCondition(); //消费

   final Object[] items = new Object[100];//存储商品的容器。
   int putptr/*生产者使用的角标*/, takeptr/*消费者使用的角标*/, count/*计数器*/;

    /*生产者使用的方法，往数组中存储商品*/
   public void put(Object x) throws InterruptedException {
     lock.lock();
     try {
       while (count == items.length) //判断计数器是否已到数组长度。满了。
         notFull.await();//生产就等待。

       items[putptr] = x; //按照角标将商品存储到数组中

       if (++putptr == items.length) //如果存储的角标到了数组的长度，就将角标归零。
            putptr = 0;
       ++count;//计数器自增。
       notEmpty.signal();//唤醒一个消费者
     } finally {
       lock.unlock();
     }
   }

   public Object take() throws InterruptedException {
     lock.lock();
     try {
       while (count == 0) //如果计数器为0，说明没有商品，消费者等待。
         notEmpty.await();
       Object x = items[takeptr]; //从数组中通过消费者角标获取商品。

       if (++takeptr == items.length) //如果消费的角标等于了数组的长度，将角标归零。
           takeptr = 0;
       --count;//计数器自减。
       notFull.signal();//唤醒生产者。
       return x;
     } finally {
       lock.unlock();
     }
   } 
 }
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    正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡，尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
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    正文 我和宋清朗相恋三年，在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
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    序言：一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡，死状恐怖，灵堂内的尸体忽然破棺而出，到底是诈尸还是另有隐情，我是刑警宁泽，带...
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    正文 年R本政府宣布，位于F岛的核电站，受9级特大地震影响，放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜，却给世界环境...
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    文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹，春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
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  • 一桩弑父案，背后竟有这般阴谋
    文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至，却和暖如春，着一层夹袄步出监牢的瞬间，已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
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  • 情欲美人皮
    我被黑心中介骗来泰国打工， 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留，地道东北人。 一个月前我还...
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  • 代替公主和亲
    正文 我出身青楼，却偏偏与公主长得像，于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子，可洞房花烛夜当晚...
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