Java多线程 - (三) 线程间的通信（协作） - 生产者/消费者模式

        上一篇讲述了线程的互斥(同步)，但是在很多情况下，仅仅同步是不够的，还需要线程与线程协作(通信)，生产者/消费者模式是一个经典的线程同步以及通信的模型。

 

        假设有这样一种情况，有一个篮子，篮子里只能放一个鸡蛋，A线程专门往篮子里放鸡蛋，如果篮子里有鸡蛋，则一直等到篮子里没鸡蛋，B线程专门从篮子里取鸡蛋，如果篮子里没鸡蛋，则一直等到篮子里有鸡蛋。这里篮子是一个互斥区，每次放鸡蛋是互斥的，每次取鸡蛋也是互斥的，A线程放鸡蛋，如果这时B线程要取鸡蛋，由于A没有释放锁，B线程处于等待状态，进入阻塞队列，放鸡蛋之后，要通知B线程取鸡蛋，B线程进入就绪队列，反过来，B线程取鸡蛋，如果A线程要放 鸡蛋，由于B线程没有释放锁，A线程处于等待状态，进入阻塞队列，取鸡蛋之后，要通知A线程放鸡蛋，A线程进入就绪队列。我们希望当篮子里有鸡蛋时，A线程阻塞，B线程就绪，篮子里没鸡蛋时，A线程就绪，B线程阻塞，代码如下：

/**
 * 
 */
package com.wsheng.thread.communication;

/**
 * 鸡蛋类
 * 
 * @author Wang Sheng(Josh)
 *
 */
public class Egg {

	private double weight;
	
	private double price;

	public double getWeight() {
		return weight;
	}

	public void setWeight(double weight) {
		this.weight = weight;
	}

	public double getPrice() {
		return price;
	}

	public void setPrice(double price) {
		this.price = price;
	}
	
	

}

 

/**
 * 
 */
package com.wsheng.thread.communication;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 线程间的通信： 放鸡蛋和取鸡蛋 - 生产者和消费者
 * @author Wang Sheng(Josh)
 *
 */
public class Basket {

	/** 共享资源：篮子 */
	private List<Egg> eggs = new ArrayList<Egg>();
	
	/** 取鸡蛋*/
	public synchronized Egg getEgg() {
		while (eggs.size() == 0) {
			try {
				wait(); // 当前线程进入阻塞队列
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		
		Egg egg = eggs.get(0);
		
		// 清空篮子
		eggs.clear();
		
		// 唤醒阻塞队列的某线程到就绪队列
		notify();
		
		System.out.println("拿到鸡蛋");
		return egg;
	}
	
	/** 放鸡蛋 */
	public synchronized void putEgg(Egg egg) {
		while (eggs.size() > 0) {
			try {
				wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		
		eggs.add(egg);
		
		// 唤醒阻塞队列的某线程到就绪队列
		notify();
		
		System.out.println("放入鸡蛋");
	}
	
	static class PutThread extends Thread {
		private Basket basket;
		private Egg egg = new Egg();
		
		public PutThread(Basket basket) {
			this.basket = basket;
		}
		
		public void run() {
			basket.putEgg(egg);
		}
	}
	
	static class GetThread extends Thread {
		private Basket basket;
		public GetThread(Basket basket) {
			this.basket = basket;
		}
		
		public void run() {
			basket.getEgg();
		}
	}
	
	
	
	public static void main(String[] args) {
		Basket basket = new Basket();
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			new PutThread(basket).start();
			new GetThread(basket).start();
		}

	}

}

 输出结果：

放入鸡蛋

拿到鸡蛋

放入鸡蛋

拿到鸡蛋

放入鸡蛋

拿到鸡蛋

放入鸡蛋

拿到鸡蛋

放入鸡蛋

拿到鸡蛋

放入鸡蛋

拿到鸡蛋

放入鸡蛋

拿到鸡蛋

放入鸡蛋

拿到鸡蛋

放入鸡蛋

拿到鸡蛋

 

        程序开始，A线程判断篮子是否为空，放入一个鸡蛋，并且唤醒在阻塞队列的一个线程，阻塞队列为空；假设CPU又调度了一个A线程，篮子非空，执行等待，这 个A线程进入阻塞队列；然后一个B线程执行，篮子非空，取走鸡蛋，并唤醒阻塞队列的A线程，A线程进入就绪队列，此时就绪队列就一个A线程，马上执行，放 入鸡蛋；如果再来A线程重复第一步，再来B线程重复第二步，整个过程就是生产者(A线程)生产鸡蛋，消费者(B线程)消费鸡蛋。

 

        这个例子中，同步（互斥）的资源是一个实实在在的篮子对象，其实，共享资源也可以是一个简单的变量，如下面的例子，共享资源是一个bool变量。

       例： 子线程循环10次，然后主线程循环100次，如此循环100次。子循环执行时主循环不能执行，主循环执行时子循环也不能执行。

   

/**
 * 
 */
package com.wsheng.thread.synchronize;

/**
 * @author Wang Sheng(Josh)
 *
 */
public class LoopThreadTest {
	
	public static void main(String[] args) {
		final Loop loopObj = new Loop();
		
		new Thread(new Runnable() {
			
			public void run() {
				execute(loopObj, "sub");
			}
		}).start();
		
		execute(loopObj, "main");

	}
	
	public static void execute(Loop loop, String threadType) {
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
			try {
				if ("main".equals(threadType)) {
					loop.mainThread(i);
				} else {
					loop.subThread(i);
				}
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}

}
class Loop {
	private boolean isSubThread = true;
	
	public synchronized void mainThread(int loop) throws InterruptedException {
		while (isSubThread) {
			this.wait();
		}
		
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
			System.out.println("main thread sequence of " + i + ", loop of " + loop);
		}
		
		isSubThread = true; // 主线程执行完毕，由子线程来执行
		this.notify(); // 唤醒阻塞队列中的子线程到就绪队列
	}
	
	
	public synchronized void subThread(int loop) throws InterruptedException {
		while (!isSubThread) {
			this.wait();
		}
		
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			System.out.println("sub thread sequence of " + i + ", loop of " + loop);
		}
		
		isSubThread = false; //  子线程执行完毕，由主线程来执行
		this.notify(); // 唤醒阻塞队列中的主线程到就绪队列
	}
}

     

 

需要注意的是，在上面的例子中，在调用wait方法时，都是用while判断条件的，而不是if，在wait方法说明中，也推荐使用while，因为在某些特定的情况下，线程有可能被假唤醒，使用while会循环检测更稳妥。