多线程04——线程协作

生产消费者模式

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- -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

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llegalMonitorStateException
• Sleep是抱着锁（产品）睡觉

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

package com.hao.gaoji;

// 测试：生产消费者模型-->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;//新建一个容器
    public Productor( SynContainer container){
        this.container=container;//构造器，方便创建对象
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            container.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生产了第"+i+"只鸡");
        }
    }
}
//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("消费了第-->"+container.pop().id+"只鸡");
        }
    }
}
//产品
class Chicken{
    int id ; //鸡的编号

    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}
//缓冲区
class SynContainer{
    //需要一个容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    //容器计数器
    int count = 0;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken){
        //如果容器满了，就需要等待消费者消费
        if (count== chickens.length){
            //生产等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果没有满，我们就需要丢入产品
        chickens[count]=chicken;
        count++;
        //可以通知消费者消费了
        this.notifyAll();
    }

    //消费者消费产品
    public synchronized Chicken 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) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果可以消费
        count--;
        Chicken chicken=chickens[count];
        //吃完了，通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }

}

解决方式2信号灯法

引入标志位，并发协作模型“生产者/消费者模式" -->信号灯法

package com.hao.gaoji;

//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-->演员
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{
    //演员表演的时候，观众等待 T
    //观众表演的时候，演员等待 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) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("演员表演了"+voice);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();//通知唤醒
        this.voice= voice ; //声音更新
        this.flag=!this.flag;
    }
    //观看
    public synchronized void watch(){
        if (flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观看了"+voice);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();//通知唤醒
        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

• JDK5.0起提供了线程池相关的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，一般又来执行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

package com.hao.gaoji;

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
        //newFixedThreadPool 参数为：线程池大小
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //执行线程
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        //2.关闭链接
        service.shutdown();
    }

}
class MyThread implements Runnable{

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