多线程(三):生产者与消费者

目录

生产者与消费者模式

生产者和消费者模式概述【应用】

生产者和消费者案例【应用】

生产者和消费者案例优化【应用】

阻塞队列基本使用【理解】

阻塞队列实现等待唤醒机制【理解】


生产者与消费者模式

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

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

    /**
     * @author wangyy
     * @Date  2021-06-25
     */
    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();
    ​
        }
    }

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

    /**
     * @author wangyy
     * @Date  2021-06-25
     */
    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();
    ​
        }
    }

阻塞队列基本使用【理解】

  • 阻塞队列继承结构

    多线程(三):生产者与消费者_第1张图片

  • 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

    /**
     * @author wangyy
     * @Date  2021-06-25
     */
    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");
        }
    }

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

  • /**
     * @author wangyy
     * @Date  2021-06-25
     */
    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();
        }
    }

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