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生活常识 学习资料

java生产者消费者问题以及代码案例

时间:2023-07-06
应用场景

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,wait()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


解决方法 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

代码案例

//使用缓冲区解决生产者消费者模型public class TestPC {    public static void main(String[] args) {        SynContainer container = new SynContainer();        new Producer(container).start();        new Consumer(container).start();   }}​class Producer extends Thread{    SynContainer synContainer;    public Producer(SynContainer synContainer){        this.synContainer = synContainer;   }    // 生产    @Override    public void run() {        for (int i = 0; i < 100; i++) {            synContainer.push(new Chicken(i));            System.out.println("生产了"+i+"只鸡");       }   }}​class Consumer extends Thread{    SynContainer synContainer;    public Consumer(SynContainer synContainer){        this.synContainer = synContainer;   }    // 消费    @Override    public void run() {        for (int i = 0; i < 100; i++) {            System.out.println("消费了-->"+synContainer.pop().id+"只鸡");       }   }}​//产品class Chicken{    int id;    public Chicken(int id) {        this.id = id;   }}​//缓冲区class SynContainer{    Chicken[] chickens = new Chicken[10];    int count = 0;    //生产者放入产品    public synchronized void push(Chicken chicken){        //如果容器满了就要等到消费者消费        if (count==chickens.length){            try {                this.wait();           } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();           }            //通知消费者消费,自身进入等待       }        //没有满的话则生产        chickens[count] = chicken;        count++;        //通知消费者消费        this.notifyAll();   }​    //生产者消费产品    public synchronized Chicken pop(){        if (count==0){            //等待生产者生产            try {                this.wait();           } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();           }       }        count--;        Chicken chicken = chickens[count];        //消费了,可以通知生产者继续生产        this.notifyAll();        return chicken;   }}

信号灯法

通过标志位 true 或者 false 来进行判断

代码案例

//信号灯法测试生产者消费者模型 即标志位public class TestPC2 {    public static void main(String[] args) {        TV tv = new TV();        new Player(tv).start();        new Audiance(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("天天向上");           }else {                this.tv.play("抖音广告");           }       }   }}​//消费者-->观众class  Audiance extends Thread{    TV tv;    public Audiance(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 show;//表演的节目    boolean flag = true;​    //表演    public synchronized void play(String show){        if (!flag){            try {                this.wait();           } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();           }       }        System.out.println("演员表演了:"+show);        //通知观众        this.notifyAll();        this.show = show;        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"+show);        //通知演员表演        this.notifyAll();        this.flag = !this.flag;   }}

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