Java线程之生产消费者模型详解

1.生产/消费者模型实现

1.1.wait/notify机制:

在前我们己实现了一种线程间通讯的方式，这种方式是我们自己编码实现，在java中，每个对象都有从Object父类继承而来的二个关与线程间通讯的方法wait()和notify(),如其方法名所示，一个是等待，一个是通知，当在一个对象上调用wait()方法时，当前线程就会进行wait状态，直到收到另一个对象的notify()发出通知，才会执行下一步计算，线程在wait中，也可能被中断，所以调用wait方法时，也要catch可能出现的InterruptedException异常。；在多线程通讯中，经常会用对象的这两个方法，一个典型的案例就是“生产/消费者模型”；

 

    “生产/消费者”通讯模型的规则是，仅当集合中没有对象时，生产线程会放入一个对象，如有集合中有一个对象时，消费线程要马上取出这个对象，这个示例中，我们设计了三个类；

第一个是一个模拟的数据对象类Student.java，生成要向集合中放入的对象，代码很简单：

/**  * 用来交换的数据对象模型  * @kowloonchen  */ class Student{     int id;     String name;       public String toString(){         return id+" "+name;     } }

    第二个类是生产者线程ProduceThread.java，生产者线程运象一但运行，就会尝试锁定与消费者对象共享的对象集合，一但它锁定这个集合(即进入synchronized保护的代码块，如果集合中没有对象，它就会放入一个，然后发出notify()通知；如果集合中有对象，生产者线程就会调用wait()方法，将自己处于“等待”状态，直到收到一个notify()通知：

第三个类是消费者线程CustomerThread.java，消费线程运一但运行，就会尝试锁定与生产线程对象共享的对象集合，一但它锁定这个集合(即进入synchronized保护的代码块，如果集合中没有对象，消费线程就会调用wait()方法，将自己处于“等待”状态，直到收到一个notify()通知；如果集中有对象，它将取出这个对象后，发出notify()通知告诉生产者线程，要放入数据了：

//取数据线程:当有数据时取,取完发通知 class CustomerThread extends Thread{   CustomerThread(List shareList){ this.shareList=shareList; }   public void run(){ System.out.println("消费线程己启动...."+shareList.size() ); while(true){ try{ synchronized(shareList){ while(shareList.size()==0){ //如果没有,消费线程则等待 shareList.wait(); } while(shareList.size()>0){ System.out.println("<---消费线程取出: "+shareList.remove(0).toString() ); //取了一个后,立即发出通知 shareList.notify(); }   } }catch(Exception ef){ ef.printStackTrace(); } } }   private List shareList; }

    最后，我们需要编写一个主类，让这个系统运行起来：

/**  * 使用wait/notify进行线程间通信例子  *生产线程向队列存入一个Student对象,消费线程立即取出  * @author   */ public class WaitNotifyDemo { //主函数,启动存取线程 public static void main(String[] args){       // 生产/消费线程交换对象的的队列 List shareList=new java.util.LinkedList(); //启动生产线程 new ProduceThread(shareList).start(); //启动消费线程 new CustomerThread(shareList).start(); }   }   程序启动后，将输出如下结果： 生产线程己启动....0 消费线程己启动....0 --->生产线程放入对象:1 1aaa <---消费线程取出: 1 1aaa --->生产线程放入对象:2 2aaa <---消费线程取出: 2 2aaa --->生产线程放入对象:3 3aaa <---消费线程取出: 3 3aaa …

1.2.阻塞队列实现线程间通信

    阻塞队列的概念：在JDK1.5以后，javaAPI中引入了阻塞队列的概念，阻塞队列是队列的一种，即也是java.util.Queue接口实现的一种队列；与我们使用的Set、List等集合相比，阻塞在存放数据时使用了“阻塞”的机制，即当队列中有数据时，对阻塞队列的put()方法将用将会进入等待状态，直到队列中在空间放入数据；从阻塞队列中取数据时，如果阻塞队列中还没有数据，take()方法就会一直等待，直到队列被放入一个数据对象时，take()方法才会返回这个对象；

    回想List对象的add()或get()方法的调用，都会”马上”完成，即与队列的大小和其中是否有对象无关，这就作集合的“快速失败”。

    利用阻塞队列的这一特点，就很容易做到多线程之间的数据通讯，阻塞队列常用的一个实现类是java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue类，请看如下代码：

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;   /**  * 利用concurrent.LinkedBlockingQueue做线程间交换数据的测试  * 使用Customer类提取数据;  * Produce向交换区内放入数据  * @author   */ public class SynQueueTest { /**定义阻塞队列,队列容量为1个元素**/ private static LinkedBlockingQueue   cq=new LinkedBlockingQueue(1); //测试方法 public static void main(String args[]){ Customer cs=new Customer(cq); Thread ct=new Thread(cs); ct.start(); Produce pd=new Produce(cq); Thread pt=new Thread(pd); pt.start();   }   }   /**  * 模拟消费者,做为独生线程启动,当队列有数据时,从中取出数据  * @author   */ class Customer implements Runnable{ //构造器   Customer(java.util.concurrent.BlockingQueue bk){   this.bk=bk;   } //线程运行方法 public void run(){ while(true){ try{    while(true){     Object obj= bk.take();    System.out.println(" <---从阻塞队列取出对象: "+obj.toString());    } }catch(Exception ef){   } } } private java.util.concurrent.BlockingQueue bk; }   /**  * 模拟生产者,从独立线程中向队列中放入数据  * @author   *  */ class Produce implements Runnable{     Produce(java.util.concurrent.BlockingQueue bk){   this.bk=bk;   }   //线程运行方法 public void run(){ while(true){ try{ Student st=new Student(); count++; st.id=count; st.name=count+"aaa"; bk.put(st); System.out.println(" --->向阻塞队列放入对象 "); Thread.sleep(3000); }catch(Exception ef){   } } }  private java.util.concurrent.BlockingQueue bk;  private static int count=0; }

执行如上程序，输出结果如下示：

--->向阻塞队列放入对象  <---从阻塞队列取出对象: 1 1aaa  --->向阻塞队列放入对象  --->向阻塞队列放入对象  <---从阻塞队列取出对象: 2 2aaa . . .

   阻塞队列又叫做异步队列，常应用在系统消息通讯程序中。

2.start()与run()方法详解：线程的状态

线程执行的入口方法是其run()方法，相关与我们一个应用程序的main()方法一样，要让一个线程独立执行其run方法，不能直接调用线程对象的run方法---否则只是一个单线程的方法调用而己，run方法中的代码不会在一个并行的线程中执行。理解了这一些，就明白了为什么要通过线程的start()方法启动线程；线程对象的start()方法调用后，只是给了JVM个信号：这个线程对象可以运行了，JVM就可能当CPU时钟分配线这个线程对象，从而让其处与运行中状态。

对与一个线程对象，只能调用一次其start()方法！start调用后，线程只是处与Runnable(可运行状态)---JVM并不保证马上执行其run方法，只有分配到时间片后，线程才进入Running状态；运行中的线程，可以从sleep()，wait()，interupt()，join()中恢复重新进入Running状态，但一旦run()方法执行完毕，线程就完蛋了，处理Dead状态---再也不能通过其它方法调用恢复到run()方法中，除非你重新new一个线程对象，并设用其start()方法---这却是创建了一个新的线程。如下图示，是线程可能导致其所处状态与对应方法的示意图：