7、线程通信问题

生产者消费者模式的问题

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.

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lllegalMonitorStateException

线程通信问题解决方式

管程法

并发协作模型“生产者/消费者模式”--->管程法（中间有个缓冲区）

• 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.xing.demo03;

/**
 * 测试:生产者消费者模型-->利用缓冲区解决:管程法
 */
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        //缓冲区
        SynContainer synContainer = new SynContainer();

        new Producer(synContainer).start();
        new Consumer(synContainer).start();
    }
}

//生产者
class Producer extends Thread {
    //缓冲区
    SynContainer container;

    public Producer(SynContainer container) {
        this.container = container;
    }

    //生产
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            //放入缓冲区
            container.push(new Product(i));
            System.out.println("生产了" + i + "件产品");
        }
    }
}

//消费者
class Consumer extends Thread {
    //缓冲区
    SynContainer container;

    public Consumer(SynContainer container) {
        this.container = container;
    }

    //消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            //从缓冲区取出产品
            Product product = container.pop();
            System.out.println("消费了-->" + product.id + "件产品");
        }
    }
}

//产品
class Product {
    int id;//产品编号
    public Product(int id) {
        this.id = id;
    }
}

//缓冲区
class SynContainer {
    //需要一个容器大小
    Product[] products = new Product[10];

    //容器计数器
    int count = 0;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Product product) {
        //如果容器满了,需要等待消费者消费
        /*如果是if的话，假如消费者1消费了最后一个，这是index变成0此时释放锁被消费者2拿到而不是生产者拿到，这时消费者的wait是在if里所以它就直接去消费index-1下标越界，如果是while就会再去判断一下index得值是不是变成0了*/
        while (count == products.length) {

            //通知消费者消费,生产者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果没有满,需要丢入产品
        products[count] = product;
        count++;

        //通知消费者消费
        this.notifyAll();
    }

    //消费者消费产品
    public synchronized Product pop() {
        //判断是否能消费
        while (count <= 0) {

            //等待生产者生产
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果可以消费
        count--;
        //取出产品
        Product product = products[count];

        //吃完了 通知生产者生产
        this.notifyAll();

        //返回消费的产品
        return product;
    }
}

信号灯法

并发协作模型“生产者/消费者模式”--->信号灯法（设置一个标志位：true就等待，false就通知生产或消费）

package com.xing.demo03;

/**
 * @author: sjmp1573
 * @date: 2020/11/18 21:34
 * @description:
 */

public class TestPC2 {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Player(tv).start();
        new Wathcher(tv).start();
    }
}

//生产者--演员
class Player extends Thread{
    TV tv;
    public Player(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    //表演
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if(i%2==0){
                this.tv.play("快乐大本营");
            }else{
                this.tv.play("天天向上");
            }
        }
    }
}

//观众
class Wathcher extends Thread{
    TV tv;
    public Wathcher(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    //看节目
    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;
        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;
    }
}

8、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，对性能景响很大。

• 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

使用线程池

• 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

package com.xing.demo03;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * @author: sjmp1573
 * @date: 2020/11/18 21:53
 * @description:
 */

public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建服务,创建线程池  参数为线程池大小
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
         
        //将线程放入池子执行 
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());

        //2.关闭连接
        service.shutdown();

    }
}
class MyThread implements Runnable{

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