Java多线程——线程之间通信与解决生产者消费者问题（基于狂神说的学习笔记）

线程通信

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，而生产产品之后，又需要马上通知消费者等待
• 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：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IllegalMonitorStateException

解决消费者生产者问题方式1

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（可能事方法，对象，线程，进程）
• 缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，他们直接有一个“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

package ProductorConsumer;

// 测试生产者消费者模型-->利用缓冲区解决：管程法
// 生产者，消费者，产品，缓冲区
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer container = new SynContainer();

        new Productor(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }

}

// 生产者
class Productor extends Thread{
    SynContainer container;

    public Productor(SynContainer container){
        this.container = container;
    }

    // 生产

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("production--->"+i);
            container.push(new Production(i));
        }
    }
}


// 消费者
class Consumer extends Thread{
    SynContainer container;

    public Consumer(SynContainer container){
        this.container = container;
    }

    // 消费

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("consume production"+container.pop().id);
        }
    }
}

// 产品
class Production {
    int id;

    public Production(int id) {
        this.id = id;
    }
}

// 缓冲区
class SynContainer{
    // 需要一个容器大小
    Production[] productions = new Production[10];
    // 容器计数器
    int count = 0;

    // 生产者放入产品
    public synchronized void push(Production production){

        // 如果容器满了，就需要等待消费者消费
        if (count == productions.length){
            //通知消费者消费，通知书生产者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }

        }
        // 如果没有满，我们就需要丢入产品
        productions[count] = production;
        count ++;
        // 可以通知消费者消费
        this.notifyAll();
    }

    // 消费者消费产品
    public synchronized Production pop(){
        // 判断能否消费
        if (count == 0){
            // 等待生产者生产，消费者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        // 如果可以消费
        count -- ;
        Production production = productions[count];
        // 通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return production;

    }
}

解决消费者生产者问题方式2

并发协作模型“生产者/消费者模式”——信号灯法

package ProductorConsumer;

// 测试生产者消费者问题2：信号灯法，标志位解决
public class TestPC2 {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Player(tv).start();
        new Watcher(tv).start();
    }
}

// 生产者 --> 衍员
class Player extends Thread{
    TV tv;
    public Player(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i%2==0){
                this.tv.play("快乐大本营播放中");
            }else{
                this.tv.play("抖音：记录美好生活");
            }
        }
    }
}
// 消费者 --> 观众
class Watcher extends Thread{
    TV tv;
    public Watcher(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}

// 产品 --> 节目
class TV{
    // 衍员表演的时候，观众等待 T
    // 观众观看，衍员等待 F
    String voice; //表演的节目
    boolean flag = true;
    // 表演
    public synchronized void play(String voice){
        if (!flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        System.out.println("衍员表演了"+voice);
        // 通知观众观看
        this.notifyAll();//通知唤醒
        this.voice = voice;
        this.flag = !this.flag;
    }
    // 观看
    public synchronized void watch(){
        if (flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        System.out.println("观看了"+voice);
        // 通知衍员表演
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }
}

使用线程池

• 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，使用直接获取，使用完放回线程池中。可以i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
    • Futuresubmit(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

import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;

// 测试线程池
public class TestPool {

    public static void main(String[] args) {
        // 1.创建服务，创建线程池
        // nThreads参数为线程池的大小
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        // 执行
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());

        // 2.关闭连接
        service.shutdown();
    }
}


class MyThread implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}