多线程（4）—— 线程协作：生产者、消费者问题、线程池
生产者、消费者问题
- 解决方式1（管程法）
- 解决方式2（信号灯法）
- 线程池
线程通信
- 应用场景:生产者和消费者问题
- 假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取走消费.
- 如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止.
- 如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止.
线程通信——分析
这是一个线程同步问题，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，要通知消费者等待，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，要通知生产者已经结束消费，需要生产新的产品以供消费.
- 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
- synchronized 不能用来实现不同线程之间的消息传递(通信)
Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题
| 方法名 | 作用 |
|---|---|
| wait( ) | 表示线程一直等待 ，直到其他线程通知，与sleep不同，会释放锁 |
| wait(long timeout) | 指定等待的毫秒数 |
| notify() | 唤醒一个处于等待状态的线程 |
| 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调度 |
注意： 上述方法均是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llegalMonitorStateException
解决方式1（管程法）
并发协作模型“生产者/消费者模式”–>管程法
- 生产者：负责生产数据的模块(可能是方法,对象,线程,进程);
- 消费者：负责处理数据的模块(可能是方法,对象,线程,进程);
- 缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据,他们之间有个"缓冲区"生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据
代码演示
package com.it;
//测试：生产者消费者模型 —— 利用缓冲区解决（管程法）
public class TestPC {
public static void main(String[] args) {
SynContainer container = new SynContainer();
new Producer(container).start();
new Consumer(container).start();
}
}
//生产者
class Producer extends Thread{
SynContainer container;
public Producer(SynContainer container){
this.container = container;
}
//生产方法
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
container.push(new Product(i));
System.out.println("生产第 "+ i +" 个产品");
}
}
}
//消费者
class Consumer extends Thread{
SynContainer container;
public Consumer(SynContainer container){
this.container = container;
}
//消费方法
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("消费了第 "+container.pop().id+" 个产品");
}
}
}
//产品
class Product {
int id; //产品编号
public Product(int id) {
this.id = id;
}
}
//缓冲区
class SynContainer{
//需要一个容器大小
Product[] products = new Product[10];
//容器计数器
int count = 0 ;
//生产者放入产品
public synchronized void push(Product p){
//如果容器满了,就需要等待消费消费.
if (count==products.length){
//生产者等待
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果没有满,我们就需要放入产品
products[count] = p;
count++;
//通知消费者可消费
this.notifyAll();
}
//消费者取出产品
public synchronized Product pop(){
//判断能否消费
if(count == 0){
//消费者等待
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果可以消费（容器不为空）
count--;
Product p = products[count];
//消费结束，通知生产者生产
this.notifyAll();
return p;
}
}
运行结果：
解决方式2（信号灯法）
并发协作模型“生产者/消费者模式”–>信号灯法
package com.it;
//测试：生产者消费者模型 —— 利用标志置位解决（信号灯法）
public class TestPc2 {
public static void main(String[] args) {
TV tv = new TV();
new Player(tv).start();
new Watcher(tv).start();
}
}
//生产者——>节目录制
class Player extends Thread{
TV tv = new TV();
public Player(TV tv){
this.tv = tv;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
if (i%2==0){
tv.play("攒劲的节目 ");
}else {
tv.play("烦人的广告 ");
}
}
}
}
//消费者——>观看节目
class Watcher extends Thread{
TV tv = new TV();
public Watcher(TV tv){
this.tv = tv;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
tv.watch();
}
}
}
//产品——>节目
class TV{
//节目录制，观众等待 T，观众观看，录制等待 F
String content; //节目内容
boolean flag = true;
//播放
public synchronized void play(String content){
if (!flag){
//节目已经录制，录制等待
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println(content+"==> 已经录制完成");
//通知观众观看
this.notifyAll(); //通知唤醒
this.content = content;
this.flag = !this.flag;
}
//观看
public synchronized void watch(){
if (flag){
//节目未录制，观众等待
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("观众观看了——>"+content);
//观看结束，通知录制节目
this.notifyAll();
this.flag = !this.flag;
}
}
运行结果：
线程池
- 背景:经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大。
- 思路:提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
- 好处:
- 提高响应速度(减少了创建新线程的时间)
- 降低资源消耗(重复利用线程池中线程，不需要每次都创建)
- 便于线程管理
- corePoolSize:核心池的大小maximumPoolSize:最大线程数
- keepAliveTime: 线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
JDK 5.0起提供了线程池相关API: ExecutorService 和Executors
- ExecutorService: 真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
- void execute(Runnable command) :执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
- < T > Future< T > submit(Callable task):执行任务，有返回值，一般又来执行Callable
- void shutdown() :关闭连接池
- Executors: 工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池
代码演示：Runnable
package com.it;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
//测试线程池
public class TestPool {
public static void main(String[] args) {
//1.创建服务，创建线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10); //10为线程池大小
//执行
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
//关闭连接
service.shutdown();
}
}
class MyThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
代码演示：Callable
package com.it;
import java.util.concurrent.*;
public class ThreadNew {
public static void main(String[] args) {
//
/* new Thread1().start();
new Thread(new Thread2()).start();*/
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3);
Future<Integer> r1 = service.submit(new Thread3());
Integer i = null;
try {
i = r1.get();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(i);
service.shutdown();
}
}
//继承 Thread 类
class Thread1 extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println("Thread1");
}
}
//2.实现 Runnable 接口
class Thread2 implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println("Thread2");
}
}
//3.实现 Callable接口
class Thread3 implements Callable<Integer>{
@Override
public Integer call() throws Exception {
System.out.println("Thread3");
return 99;
}
}
