java 线程五 线程协作与通信

2021-12-21 06:49:59

线程协作与通信

生产者消费者问题

  • 应用场景∶生产者和消费者问题

    • 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.

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

    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lllegalMonitorStateException

解决方式

方式一

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

方式二

并发协作模型“生产者/消费者模式”--->信号灯法

管程法
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++) {
            container.push(new Production(i));
            System.out.println("生产了"+i+"个产品");
        }
    }
}
​
//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-->"+container.pop().getId()+"个产品");
        }
    }
}
//产品
class Production{
    int id;//产品编号
    public Production(int id){
        this.id = id;
    }
    public int getId() {
        return 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,需等待消费者消费产品
        if(count==productions.length){
            //通知消费者,生产等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果没满,丢入产品
        productions[count]=production;
        count++;
​
        //可以通知消费者消费了
        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) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
​
        //如果可以消费
        count--;
        Production production = productions[count];
​
        //吃完了,通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return production;
    }
}
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("kuang_java_thread...");
            }else{
                this.tv.play("bilibili干杯...");
            }
        }
    }
}
//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{
    //演员表演时,观众等待 T
    //观众表演时,演员等待 f
    String voice;
    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;
        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();
        this.flag = !this.flag;
    }
}

线程池

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

  • 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

    • <T> Future<T> submit(Callable<T> 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

public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //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
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        //关闭链接
        service.shutdown();
    }
}
​
class MyThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

 

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