Java学习--多线程（等待唤醒机制）生产者消费者

3.生产者消费者

3.1生产者和消费者模式概述【应用】

• 概述

  生产者消费者模式是一个十分经典的多线程协作的模式，弄懂生产者消费者问题能够让我们对多线程编程的理解更加深刻。

  所谓生产者消费者问题，实际上主要是包含了两类线程：

  ​ 一类是生产者线程用于生产数据

  ​ 一类是消费者线程用于消费数据

  为了解耦生产者和消费者的关系，通常会采用共享的数据区域，就像是一个仓库

  生产者生产数据之后直接放置在共享数据区中，并不需要关心消费者的行为

  消费者只需要从共享数据区中去获取数据，并不需要关心生产者的行为

• Object类的等待和唤醒方法

  方法名	说明
  void wait()	导致当前线程等待，直到另一个线程调用该对象的 notify()方法或 notifyAll()方法
  void notify()	唤醒正在等待对象监视器的单个线程
  void notifyAll()	唤醒正在等待对象监视器的所有线程

3.2生产者和消费者案例【应用】

• 案例需求

  • 桌子类(Desk)：定义表示包子数量的变量,定义锁对象变量,定义标记桌子上有无包子的变量

  • 生产者类(Cooker)：实现Runnable接口，重写run()方法，设置线程任务

    1.判断是否有包子,决定当前线程是否执行

    2.如果有包子,就进入等待状态,如果没有包子,继续执行,生产包子

    3.生产包子之后,更新桌子上包子状态,唤醒消费者消费包子

  • 消费者类(Foodie)：实现Runnable接口，重写run()方法，设置线程任务

    1.判断是否有包子,决定当前线程是否执行

    2.如果没有包子,就进入等待状态,如果有包子,就消费包子

    3.消费包子后,更新桌子上包子状态,唤醒生产者生产包子

  • 测试类(Demo)：里面有main方法，main方法中的代码步骤如下

    创建生产者线程和消费者线程对象

    分别开启两个线程

• 代码实现

  public class Desk {
  
      //定义一个标记
      //true 就表示桌子上有汉堡包的,此时允许吃货执行
      //false 就表示桌子上没有汉堡包的,此时允许厨师执行
      public static boolean flag = false;
  
      //汉堡包的总数量
      public static int count = 10;
  
      //锁对象
      public static final Object lock = new Object();
  }
  
  public class Cooker extends Thread {
  //    生产者步骤：
  //            1，判断桌子上是否有汉堡包
  //    如果有就等待，如果没有才生产。
  //            2，把汉堡包放在桌子上。
  //            3，叫醒等待的消费者开吃。
      @Override
      public void run() {
          while(true){
              synchronized (Desk.lock){
                  if(Desk.count == 0){
                      break;
                  }else{
                      if(!Desk.flag){
                          //生产
                          System.out.println("厨师正在生产汉堡包");
                          Desk.flag = true;
                          Desk.lock.notifyAll();
                      }else{
                          try {
                              Desk.lock.wait();
                          } catch (InterruptedException e) {
                              e.printStackTrace();
                          }
                      }
                  }
              }
          }
      }
  }
  
  public class Foodie extends Thread {
      @Override
      public void run() {
  //        1，判断桌子上是否有汉堡包。
  //        2，如果没有就等待。
  //        3，如果有就开吃
  //        4，吃完之后，桌子上的汉堡包就没有了
  //                叫醒等待的生产者继续生产
  //        汉堡包的总数量减一
  
          //套路:
              //1. while(true)死循环
              //2. synchronized 锁,锁对象要唯一
              //3. 判断,共享数据是否结束. 结束
              //4. 判断,共享数据是否结束. 没有结束
          while(true){
              synchronized (Desk.lock){
                  if(Desk.count == 0){
                      break;
                  }else{
                      if(Desk.flag){
                          //有
                          System.out.println("吃货在吃汉堡包");
                          Desk.flag = false;
                          Desk.lock.notifyAll();
                          Desk.count--;
                      }else{
                          //没有就等待
                          //使用什么对象当做锁,那么就必须用这个对象去调用等待和唤醒的方法.
                          try {
                              Desk.lock.wait();
                          } catch (InterruptedException e) {
                              e.printStackTrace();
                          }
                      }
                  }
              }
          }
  
      }
  }
  
  public class Demo {
      public static void main(String[] args) {
          /*消费者步骤：
          1，判断桌子上是否有汉堡包。
          2，如果没有就等待。
          3，如果有就开吃
          4，吃完之后，桌子上的汉堡包就没有了
                  叫醒等待的生产者继续生产
          汉堡包的总数量减一*/
  
          /*生产者步骤：
          1，判断桌子上是否有汉堡包
          如果有就等待，如果没有才生产。
          2，把汉堡包放在桌子上。
          3，叫醒等待的消费者开吃。*/
  
          Foodie f = new Foodie();
          Cooker c = new Cooker();
  
          f.start();
          c.start();
  
      }
  }
  

3.3生产者和消费者案例优化【应用】

• 需求

  • 将Desk类中的变量,采用面向对象的方式封装起来
  • 生产者和消费者类中构造方法接收Desk类对象,之后在run方法中进行使用
  • 创建生产者和消费者线程对象,构造方法中传入Desk类对象
  • 开启两个线程

• 代码实现

  public class Desk {
  
      //定义一个标记
      //true 就表示桌子上有汉堡包的,此时允许吃货执行
      //false 就表示桌子上没有汉堡包的,此时允许厨师执行
      //public static boolean flag = false;
      private boolean flag;
  
      //汉堡包的总数量
      //public static int count = 10;
      //以后我们在使用这种必须有默认值的变量
     // private int count = 10;
      private int count;
  
      //锁对象
      //public static final Object lock = new Object();
      private final Object lock = new Object();
  
      public Desk() {
          this(false,10); // 在空参内部调用带参,对成员变量进行赋值,之后就可以直接使用成员变量了
      }
  
      public Desk(boolean flag, int count) {
          this.flag = flag;
          this.count = count;
      }
  
      public boolean isFlag() {
          return flag;
      }
  
      public void setFlag(boolean flag) {
          this.flag = flag;
      }
  
      public int getCount() {
          return count;
      }
  
      public void setCount(int count) {
          this.count = count;
      }
  
      public Object getLock() {
          return lock;
      }
  
      @Override
      public String toString() {
          return "Desk{" +
                  "flag=" + flag +
                  ", count=" + count +
                  ", lock=" + lock +
                  '}';
      }
  }
  
  public class Cooker extends Thread {
  
      private Desk desk;
  
      public Cooker(Desk desk) {
          this.desk = desk;
      }
  //    生产者步骤：
  //            1，判断桌子上是否有汉堡包
  //    如果有就等待，如果没有才生产。
  //            2，把汉堡包放在桌子上。
  //            3，叫醒等待的消费者开吃。
  
      @Override
      public void run() {
          while(true){
              synchronized (desk.getLock()){
                  if(desk.getCount() == 0){
                      break;
                  }else{
                      //System.out.println("验证一下是否执行了");
                      if(!desk.isFlag()){
                          //生产
                          System.out.println("厨师正在生产汉堡包");
                          desk.setFlag(true);
                          desk.getLock().notifyAll();
                      }else{
                          try {
                              desk.getLock().wait();
                          } catch (InterruptedException e) {
                              e.printStackTrace();
                          }
                      }
                  }
              }
          }
      }
  }
  
  public class Foodie extends Thread {
      private Desk desk;
  
      public Foodie(Desk desk) {
          this.desk = desk;
      }
  
      @Override
      public void run() {
  //        1，判断桌子上是否有汉堡包。
  //        2，如果没有就等待。
  //        3，如果有就开吃
  //        4，吃完之后，桌子上的汉堡包就没有了
  //                叫醒等待的生产者继续生产
  //        汉堡包的总数量减一
  
          //套路:
              //1. while(true)死循环
              //2. synchronized 锁,锁对象要唯一
              //3. 判断,共享数据是否结束. 结束
              //4. 判断,共享数据是否结束. 没有结束
          while(true){
              synchronized (desk.getLock()){
                  if(desk.getCount() == 0){
                      break;
                  }else{
                      //System.out.println("验证一下是否执行了");
                      if(desk.isFlag()){
                          //有
                          System.out.println("吃货在吃汉堡包");
                          desk.setFlag(false);
                          desk.getLock().notifyAll();
                          desk.setCount(desk.getCount() - 1);
                      }else{
                          //没有就等待
                          //使用什么对象当做锁,那么就必须用这个对象去调用等待和唤醒的方法.
                          try {
                              desk.getLock().wait();
                          } catch (InterruptedException e) {
                              e.printStackTrace();
                          }
                      }
                  }
              }
          }
  
      }
  }
  
  public class Demo {
      public static void main(String[] args) {
          /*消费者步骤：
          1，判断桌子上是否有汉堡包。
          2，如果没有就等待。
          3，如果有就开吃
          4，吃完之后，桌子上的汉堡包就没有了
                  叫醒等待的生产者继续生产
          汉堡包的总数量减一*/
  
          /*生产者步骤：
          1，判断桌子上是否有汉堡包
          如果有就等待，如果没有才生产。
          2，把汉堡包放在桌子上。
          3，叫醒等待的消费者开吃。*/
  
          Desk desk = new Desk();
  
          Foodie f = new Foodie(desk);
          Cooker c = new Cooker(desk);
  
          f.start();
          c.start();
  
      }
  }
  

3.4阻塞队列基本使用【理解】

• 阻塞队列继承结构

• 

   

• 常见BlockingQueue:

  ArrayBlockingQueue: 底层是数组,有界

  LinkedBlockingQueue: 底层是链表,无界.但不是真正的无界,最大为int的最大值

• BlockingQueue的核心方法:

  put(anObject): 将参数放入队列,如果放不进去会阻塞

  take(): 取出第一个数据,取不到会阻塞

• 代码示例

  public class Demo02 {
      public static void main(String[] args) throws Exception {
          // 创建阻塞队列的对象,容量为 1
          ArrayBlockingQueue arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(1);
  
          // 存储元素
          arrayBlockingQueue.put("汉堡包");
  
          // 取元素
          System.out.println(arrayBlockingQueue.take());
          System.out.println(arrayBlockingQueue.take()); // 取不到会阻塞
  
          System.out.println("程序结束了");
      }
  }
  

3.5阻塞队列实现等待唤醒机制【理解】

• 案例需求

  • 生产者类(Cooker)：实现Runnable接口，重写run()方法，设置线程任务

    1.构造方法中接收一个阻塞队列对象

    2.在run方法中循环向阻塞队列中添加包子

    3.打印添加结果

  • 消费者类(Foodie)：实现Runnable接口，重写run()方法，设置线程任务

    1.构造方法中接收一个阻塞队列对象

    2.在run方法中循环获取阻塞队列中的包子

    3.打印获取结果

  • 测试类(Demo)：里面有main方法，main方法中的代码步骤如下

    创建阻塞队列对象

    创建生产者线程和消费者线程对象,构造方法中传入阻塞队列对象

    分别开启两个线程

• 代码实现

  public class Cooker extends Thread {
  
      private ArrayBlockingQueue bd;
  
      public Cooker(ArrayBlockingQueue bd) {
          this.bd = bd;
      }
  //    生产者步骤：
  //            1，判断桌子上是否有汉堡包
  //    如果有就等待，如果没有才生产。
  //            2，把汉堡包放在桌子上。
  //            3，叫醒等待的消费者开吃。
  
      @Override
      public void run() {
          while (true) {
              try {
                  bd.put("汉堡包");
                  System.out.println("厨师放入一个汉堡包");
              } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
              }
          }
      }
  }
  
  public class Foodie extends Thread {
      private ArrayBlockingQueue bd;
  
      public Foodie(ArrayBlockingQueue bd) {
          this.bd = bd;
      }
  
      @Override
      public void run() {
  //        1，判断桌子上是否有汉堡包。
  //        2，如果没有就等待。
  //        3，如果有就开吃
  //        4，吃完之后，桌子上的汉堡包就没有了
  //                叫醒等待的生产者继续生产
  //        汉堡包的总数量减一
  
          //套路:
          //1. while(true)死循环
          //2. synchronized 锁,锁对象要唯一
          //3. 判断,共享数据是否结束. 结束
          //4. 判断,共享数据是否结束. 没有结束
          while (true) {
              try {
                  String take = bd.take();
                  System.out.println("吃货将" + take + "拿出来吃了");
              } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
              }
          }
  
      }
  }
  
  public class Demo {
      public static void main(String[] args) {
          ArrayBlockingQueue bd = new ArrayBlockingQueue<>(1);
  
          Foodie f = new Foodie(bd);
          Cooker c = new Cooker(bd);
  
          f.start();
          c.start();
      }
  }