java多线程：线程协作

2023-01-08 18:59:22

线程协作
- 解决方式一：管程法
- 解决方式二：信号灯法

线程协作

生产者消费者问题：（线程通信）
- 假设仓库中只能存放一件产品，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
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，要通知知生产者已经结東消费，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
- void wait() ：在其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法前，导致当前线程等待，直到其他线程通知，与sleep方法不同，会释放锁
- void wait(long timeout) ：指定等待的毫秒数。
- void notify() ：唤醒在此对象监视器上等待的单个线程
- void notifyAll() ：唤醒在此对象监视器上等待的所有线程(所有调用wait()方法的线程)，优先级别高的线程优先调度。

解决方式一：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

//测试：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 < 50; i++) {
            container.push(new Chicken(i));
            //System.out.println("生产了"+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 < 50; i++) {
            container.pop();
            //System.out.println("消费了-->"+container.pop().id+"只鸡");
        }
    }
}
//产品
class Chicken{
    int id;//产品编号

    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}
//缓冲区
class SynContainer{
    //容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[5];
    //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
        while (count==chickens.length) {
            //通知消费者消费，生产等待
            try {
                System.out.println("======容器满了，等待消费");
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果没有满，需要丢入产品
        chickens[count]=chicken;
        count++;
        System.out.println("生产了第"+count+"只鸡");
        //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
        while (count == 0) {
            //等待生产者生产，消费者等待
            try {
                System.out.println("=======鸡没了，消费者等待生产");
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果可以消费
        System.out.println("消费了-->"+count+"只鸡");
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];
        //吃完了，通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }
}

将println打印放在了pop和push方法体里面，因为可能正要打印的时候，线程切换了，要保证增改操作和打印是一气呵成的（原子操作）
判断count ==10或0的那一句，最好不要用if，应该用while，否则当有多个消费者的时候，会出现脏判断

在多线程情况下，如果一个线程进入了if语句块中，在if语句块中执行了wait方法，该线程处于等待（wait）状态，如果该线程被唤醒（notify），不管if的条件是否发生了变化，该线程会执行wait之后的代码，并且会跳出if语句块执行if语句块外面的代码

如果是while，被唤醒了之后，会继续执行wait方法之后的代码，代码块里面的代码执行完了会继续判断条件，如果为true，会继续执行while语句块里面的代码，如果为false，才会执行判断语句块后面的代码

解决方式二：信号灯法

并发协作模型“生产者/消费者模式”--->信号灯法

借助一个标志位来判断生产者和消费者线程的运行

//信号灯法
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("aaa播放中");
            } else {
                this.tv.play("广告");
            }
        }
    }
}
//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，观众等待T
    //观众观看，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 {
                System.out.println("========等待观众观看");
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("演员表演了"+voice);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();//唤醒
        this.voice=voice;
        this.flag=!this.flag;
    }
    //观看
    public synchronized void watch(){
        if (flag) {
            try {
                System.out.println("============等待演员表演");
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观看了："+voice);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag=!this.flag;
    }
}

感觉与容量为1的管程法有点像

码农公寓

线程协作

解决方式一：管程法

解决方式二：信号灯法

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