【Java多线程】线程协作/通信【生产者消费者问题】

柔情只为你懂 2023-09-23 16:45 150阅读 0赞

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### 文章目录 ###

*   *  生产者和消费者问题
     *  > 线程通信
     *  01 管程法
     *  02 信号灯法

## 生产者和消费者问题 ##

![在这里插入图片描述][67dfbd4777ea4833b3ae75fcd221c5e9.png]

*  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，要通知生产者已经结束消费，需要生产新的品以供消费；
 *  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资源，实现同步；
     *  synchronized 不能用来实现不同线程之间的消息传递（线程通信）

## > 线程通信 ##

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题：

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## 01 管程法 ##

并发协作模型：生产者消费者模式-----> **管程法**（增加缓冲区）

*  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**

//测试：生产者消费者模型--->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) {
        
            //创建一个容器
            SynContainer container = new SynContainer();
    
            new Producer(container).start();
            new Consumer(container).start();
        }
    }
    
    //生产者
    class Producer extends Thread{
        
        SynContainer container;
        public Producer(SynContainer container){
        
            this.container = container;
        }
        //生产
        @Override
        public void run() {
        
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
        
                try {
        
                    container.push(new Food(i));
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                System.out.println("生产了"+i+"个好吃的");
            }
        }
    }
    
    //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++) {
        
                try {
        
                    System.out.println("消费了--->"+container.buy().id+"个好吃的");
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        }
    }
    
    //产品
    class Food{
        
        int id;//产品编号
        
        public Food(int id) {
        
            this.id = id;
        }
    }
    
    //缓冲区
    class SynContainer{
        
        //需要一个容器大小
        Food[] foods = new Food[10];
        //容器计数器
        int count = 0 ;
        
        //生产者放入产品
        public synchronized void push(Food food) throws InterruptedException {
        
            //如果容器满了，就需要等待消费者消费
            if(count==foods.length){
        
                //通知消费者消费,生产者等待
                this.wait();
            }
            //如果没有满，就需要丢入产品
            foods[count]=food;
            count++;
    
            //可以通知消费者消费了
            this.notifyAll();
    
        }
    
        public synchronized Food buy() throws InterruptedException {
        
            //判断能否消费
            if(count==0){
        
                //等待生产者生产，消费者等待
                this.wait();
            }
            //如果可以消费
            count--;
            Food food = foods[count];
            //吃完了，通知生产者生产
            this.notifyAll();
            return food;
        }
    }

## 02 信号灯法 ##

并发协作模型：生产者消费者模式-----> **信号灯法**（设标志位）

//测试生产者消费者问题2：信号灯法-->标志位解决
    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){
        
                    try {
        
                        this.tv.play("快乐大本营播放中");
                    } catch (InterruptedException e) {
        
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }else{
        
                    System.out.println("广告时间。。。。");
                }
            }
        }
    }
    
    //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++) {
        
                try {
        
                    tv.watch();
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        }
    }
    
    
    //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 program ;//表演节目
        boolean flag = true;
    
        //表演
        public synchronized void play(String program) throws InterruptedException {
        
            if(!flag){
        
                this.wait();
            }
            System.out.println("演员表演--> "+program);
            //通知观众观看
            this.notifyAll();//通知唤醒
            this.program = program;
            this.flag = !this.flag;
        }
        //观看
        public synchronized void watch() throws InterruptedException {
        
            if(flag){
        
                this.wait();
            }
            System.out.println("观看了"+program);
            //通知演员表演
            this.notifyAll();
            this.flag = !this.flag;
        }
    }

[_ Java]: https://blog.csdn.net/Lov1_BYS/article/details/128007355
[67dfbd4777ea4833b3ae75fcd221c5e9.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/67dfbd4777ea4833b3ae75fcd221c5e9.png
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