Java之多线程的生产者消费者问题的详细解析

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<String> 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<String> bd; ​    public Cooker(ArrayBlockingQueue<String> 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<String> bd; ​    public Foodie(ArrayBlockingQueue<String> 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<String> bd = new ArrayBlockingQueue<>(1); ​        Foodie f = new Foodie(bd);        Cooker c = new Cooker(bd); ​        f.start();        c.start();   } }