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();
}
}
}