线程入门（二）---最简单的消费者和生产者问题

淩亂°似流年 2022-11-27 06:54 86阅读 0赞

一个进程可以有多个线程，多个线程并发会存在数据安全问题，对于解决多线程的安全问题，有两种方法：  
1、同步代码块  
**synchronized（obj）\{具体执行的代码块\}**  
其中obj为共享资源、共享对象（obj需要是Object的子类），此时的obj成为**同步监视器**。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

2、同步方法  
将核心的代码逻辑定义为一个方法，使用synchronized关键字进行修饰，此时不需要指定共享对象。

同步方法中不需要同步监视器，因为同步方法的监视器是this，也就是该对象本身。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

## 最简单的消费者与生产者问题 ##

我们来试一下最简单的消费者和生产者的问题解决，先描述一下问题：

生产者可以生产旺仔品牌的小馒头和娃哈哈品牌的矿泉水，生产了便放到商品区（一次只能放一个商品），消费者从商品区取走商品。

此时我们的**共享对象是商品区Goods类**。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

我们先来看一下商品Goods类，商品有属性品牌brand和名称name，而且商品区只有一个位置，我们需要用flag来标识一下。

![在这里插入图片描述][20200813231231511.png_pic_center]

然后我们看一下生产者，生产者生产商品，商品的品牌和名称不能弄混，要等到商品区空了才可以放进去（即flag=false;）生产完了flag=true。

因此，flag=true时，生产者线程进入阻塞状态；flag=false时，生产者生产商品（set操作），商品生产完了之后，需要把flag设为true,并唤醒消费者去进行消费。

关于代码，我们此时用的是**同步方法**实现商品同步，生产者生产了商品，消费者才可以取，否则消费者不可以取商品，**set和get都是原子操作**。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
接着我们看一下消费者，如果flag等于false的话，意味着生产者没有生产商品，此时消费者无法消费，需要让消费者线程进入到阻塞状态；在商品区有商品时(即flag=true;)，消费者可以消费商品，消费完flag就为false，最后唤醒生产者去进行生产。

生产者也是需要在消费者消费了才可以去set商品，因此**set和get都是原子操作**。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]  
最后，我们将代码整理好，需要写Goods、Consumer、Producer三个类。

先看看Goods类：

public class Goods {
        
    
        private String brand;
        private String name;
        //默认是不存在商品的，如果值等于true的话，代表有商品
        private boolean flag = false;
    
        public String getBrand() {
        
            return brand;
        }
    
        public void setBrand(String brand) {
        
            this.brand = brand;
        }
    
        public String getName() {
        
            return name;
        }
    
        public void setName(String name) {
        
            this.name = name;
        }
    
        //消费者获取商品
        public synchronized void get(){
        
            /*
            * 如果flag等于false的话，意味着生产者没有生产商品，此时消费者无法消费，需要让消费者线程进入到阻塞状态，等待生产者生产，当
            * 有商品之后，再开始消费
            * */
            if (!flag){
        
                try {
        
                    wait();
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            try {
        
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("消费者取走了"+this.getBrand()+"----"+this.getName());
            flag = false;
            //唤醒生产者去进行生产
            notify();
        }
        //生产者生产商品
        public synchronized void set(String brand,String name){
        
            //当生产者抢占到cpu资源之后会判断当前对象是否有值，如果有的话，以为着消费者还没有消费，需要提醒消费者消费，同时
            //当前线程进入阻塞状态，等待消费者取走商品之后，再次生产，如果没有的话，不需要等待，不需要进入阻塞状态，直接生产即可
            if(flag){
        
                try {
        
                    wait();
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
            }
           this.setBrand(brand);
            try {
        
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            this.setName(name);
            System.out.println("生产者生产了" + this.getBrand() + "--" + this.getName());
            //如果代码执行到此处，意味着已经生产完成，需要将flag设置为true
            flag = true;
            //唤醒消费者去进行消费
            notify();
        }
    }

然后到生产者Producer：  
我们测试10个数据。

public class Producer implements Runnable {
        
    
        private Goods goods;
    
        public Producer(Goods goods) {
        
            this.goods = goods;
        }
    
        @Override
        public void run() {
        
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
        
                if (i % 2 == 0) {
        
                    goods.set("娃哈哈","矿泉水");
                } else {
        
                    goods.set("旺仔","小馒头");
                }
            }
        }
    }

接着就是Consumer:

public class Consumer implements Runnable {
        
    
        private Goods goods;
    
        public Consumer(Goods goods) {
        
            this.goods = goods;
        }
    
        @Override
        public void run() {
        
            for(int i = 0;i<10;i++){
        
                goods.get();
            }
        }
    }

最后，我们写个Test类运行程序:

public class Test {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Goods goods = new Goods();
    
            Producer producer = new Producer(goods);
            Consumer consumer = new Consumer(goods);
    
            Thread t1 = new Thread(producer);
            Thread t2 = new Thread(consumer);
            t1.start();
            t2.start();
        }
    }

输出结果：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]  
以上是比较简单的做法，下面来说一种复杂点的做法。

## 使用阻塞队列来解决问题 ##

先写Goods类：

这个比较容易，就写个构造函数和两个属性的get和set方法就好。

Consumer和Producer的方法就不在这里写了。

public class Goods {
        
        private String brand;
        private String name;
    
        public Goods(String brand, String name) {
        
            this.brand = brand;
            this.name = name;
        }
    
        public String getBrand() {
        
            return brand;
        }
    
        public void setBrand(String brand) {
        
            this.brand = brand;
        }
    
        public String getName() {
        
            return name;
        }
    
        public void setName(String name) {
        
            this.name = name;
        }
    }

再来看看ConsumerQueue类，需要用到BlockingQueue，先介绍一下BlockingQueue：

在Java中，BlockingQueue是一个接口，它的实现类有ArrayBlockingQueue、DelayQueue、 LinkedBlockingDeque、LinkedBlockingQueue等，它们的区别主要体现在存储结构上或对元素操作上的不同，但是对于take与put操作的原理，却是类似的。

引用出处：[不怕难之BlockingQueue及其实现—天外流星for][BlockingQueue_for]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 8]

接下来，看看ConsumerQueue类的代码：

\----*先使用泛型来定义阻塞队列，再在run中用take（）从队列中取出商品。*

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
    
    
    public class ConsumerQueue implements Runnable {
        
    	//此处使用泛型来定义阻塞队列
        private BlockingQueue<Goods> blockingQueue;
    	//构造方法
        public ConsumerQueue(BlockingQueue blockingQueue) {
        
            this.blockingQueue = blockingQueue;
        }
    
        @Override
        public void run() {
        
            for(int i = 0;i<10;i++){
        
                try {
        
                	//直接从队列中取出商品
                    Goods goods = blockingQueue.take();
                    System.out.println("消费者消费的商品是："+goods.getBrand()+"--"+goods.getName());
                    Thread.sleep(200);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

再看看ProducerQueue类：

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
    
    public class ProducerQueue implements Runnable {
        
    	//这里和ConsumerQueue一样，定义阻塞对列和构造函数
        private BlockingQueue<Goods> blockingQueue;
        
        public ProducerQueue(BlockingQueue blockingQueue) {
        
            this.blockingQueue = blockingQueue;
        }
    
        @Override
        public void run() {
        
            for(int i = 0;i<10;i++){
        
                Goods goods = null;
                //先定义好商品Goods类
                if(i%2==0){
        
                    goods = new Goods("娃哈哈","矿泉水");
                }else{
        
                    goods = new Goods("旺仔","小馒头");
                }
                System.out.println("生产者开始生产商品："+goods.getBrand()+"--"+goods.getName());
                try {
        
                //这里用put()方法将商品放入阻塞队列中，等待消费者取出
                    blockingQueue.put(goods);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

最后看Test类。

先介绍一下ArrayBlockingQueue：

ArrayBlockingQueue底层是使用一个数组实现队列的，并且在构造ArrayBlockingQueue时需要指定容量，也就意味着底层数组一旦创建了，容量就不能改变了，因此ArrayBlockingQueue是一个容量限制的阻塞队列。因此，在队列全满时执行入队将会阻塞，在队列为空时出队同样将会阻塞。

put(E e)方法在队列不满的情况下，将会将元素添加到队列尾部，如果队列已满，将会阻塞，直到队列中有剩余空间可以插入。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 9]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 10]

引用出处：[不怕难之BlockingQueue及其实现—天外流星for][BlockingQueue_for]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 11]

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
    import java.util.concurrent.BlockingQueue;
    
    
    public class Test {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            BlockingQueue<Goods> queue = new ArrayBlockingQueue<Goods>(5);
            ProducerQueue producerQueue = new ProducerQueue(queue);
            ConsumerQueue consumerQueue = new ConsumerQueue(queue);
            new Thread(producerQueue).start();
            new Thread(consumerQueue).start();
    
    
        }
    }

输出结果和上一种做法一样的：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 12]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221124/21133c5fb646400d8033f6257856dc03.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20221124/a1b90921bf6b4cfcb0360f1a2589c1c3.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]: /images/20221124/06a75b4e61c549f4b6836ea4cad16a46.png
[20200813231231511.png_pic_center]: /images/20221124/d8c3ab3be0ca4ad99ec18bfe42dbd937.png
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]: /images/20221124/347b2ef8551e4a2c9c8ddf80c4a8c6e9.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]: /images/20221124/0bb56b16bba24a1981200621acd33e41.png
[BlockingQueue_for]: https://www.jianshu.com/p/7b2f1fa616c6
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]: /images/20221124/4a5a839cdea04fef81f01335f539b160.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]: /images/20221124/5ec3a7d3bc6a4fc29caba7faa8f1c001.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 8]: /images/20221124/999b5c148e4140d0826c622816b5a257.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 9]: /images/20221124/79d65627df084d118765cffead58f1fe.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 10]: /images/20221124/466d603a40e748e6b429a5a0289ea845.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 11]: /images/20221124/4a42ed828301442e935c7b3cd715d75b.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1bnh1bmZz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 12]: /images/20221124/881a7957e15249069fb38a437f05d8b5.png