文章目录
- 3.生产者和消费者模式
- 前言
- 3.1生产者和消费者模式概述
- 3.2生产者和消费者案例
- 3.3 阻塞队列基本使用
- 3.4 阻塞队列实现等待唤醒机制
- 总结
3.生产者和消费者模式
前言
在线程世界里，生产者就是生产数据的线程，消费者就是消费数据的线程。在多线
程开发当中，如果生产者处理速度很快，而消费者处理速度很慢，那么生产者就必
须等待消费者处理完，才能继续生产数据。同样的道理，如果消费者的处理能力大
于生产者，那么消费者就必须等待生产者。为了解决这种生产消费能力不均衡的问
题，所以便有了生产者和消费者模式。
3.1生产者和消费者模式概述
-
概述
- 生产者消费者模式是一个十分经典的 多线程协作的模式，弄懂生产者消费者问题能够让我们对多线程编程的理解更加深刻。
- 所谓生产者消费者问题，实际上主要包含了两类线程：
- 一类是生产者线程用于生产数据。
- 一类是消费者线程用于消费数据。
- 为了解耦生产者和消费者的关系，通常会采用共享的数据区域，就像是一个仓库。
- 生产者生产数据之后直接放置在共享数据区中，并不需要关心消费者的行为。
- 消费者只需要从共享数据区去获取数据，并不需要关心生产者的行为。
-
Object 类的等待和唤醒方法
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| void wait() | 导致当前线程等待，直到另一个线程调用该对象的 notify()方法或notifyAll()方法 |
| void notify() | 唤醒正在等待对象监视器的单个线程 |
| void notifyAll() | 唤醒正在等待对象监视器的所有线程 |
3.2生产者和消费者案例
-
案例需求
- 桌子类（Desk）: 定义表示包子数量的变量，定义锁对象变量，定义标记桌子上有无包子的变量。
- 生产者（Cooker）: 继承 Thread 类，重写 run() 方法，设置线程任务。
- 1.判断是否有包子，决定当前线程是否执行
- 2.如果有包子，就进入等待状态，如果没有包子，继续执行，生产包子
- 3.生产包子之后，更新桌子上包子的状态，唤醒消费者消费包子
- 消费者类（Foodie）: 继承 Thread类，重写 run() 方法，设置线程任务。
- 1.判断是否有包子，决定当前线程是否执行
- 2.如果没有包子 ，就进入等待状态，如果有包子，就消费包子
- 3.消费包子后，更新桌子上包子状态，唤醒生产者生产包子
- 测试类（Demo）: 里面有 main() 方法，main() 方法中的代码步骤如下
- 1.创建生产者线程和消费者线程对象
- 2.分别开启两个线程
-
Cooker(生产者)类：
public class Cooker extends Thread {
private Desk desk;
public Cooker(Desk desk) {
this.desk=desk;
}
/*
生产者步骤：
1.判断桌子上是否有汉堡包
如果有就等待，如果没有就生产，
2.把汉堡包放在桌子上。
3.叫醒等待的消费者开吃
*/
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized (desk.getLock()){
if(desk.getCount()==0){
break;
}else{
if(!desk.isFlag()){
//生产
System.out.println("厨师正在生产汉堡包");
desk.setFlag(true);
desk.getLock().notifyAll();
}else{
try {
desk.getLock().wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
}
}
- Foodie(消费者)类：
public class Foodie extends Thread{
private Desk desk;
public Foodie(Desk desk) {
this.desk=desk;
}
//套路：
//1.while(true)死循环
//2.synchronized 锁，锁对象要唯一
//3.判断，共享数据是否结束，结束
//4.判断，共享数据是否结束，没有结束
@Override
public void run() {
/*消费者步骤：
1.判断桌子上是否有汉堡包
2.如果没有就等待
3.如果有就开吃
4.吃完之后，桌子上的汉堡包就没有了
叫醒等待的生产者继续生产
汉堡包的总数量减一
*/
while(true){
synchronized (desk.getLock()){
if(desk.getCount() == 0){
break;
}else{
if(desk.isFlag()){
//有
System.out.println("吃货在吃汉堡包");
desk.setFlag(false);
desk.getLock().notifyAll();
desk.setCount(desk.getCount()-1);
}else{
//没有就等待
//使用什么对象当作锁，那么就必须用这个对象去调用等待和唤醒的方法
try {
desk.getLock().wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
}
}
- Desk(共享数据区)类：
public class Desk {
//定义一个标记
//true 就表示桌子上有汉堡包的，此时允许吃货执行。
//false 就表示桌子上没有汉堡包的，此时允许厨师执行。
// public static boolean flag = false;
private boolean flag;
//汉堡包的总数量
// public static int count = 10;
//以后我们在使用这种必须有默认值的变量
private int count ;
//锁对象
// public static final Object lock = new Object();
private final Object lock = new Object();
public Desk() {
this(false,10);
}
public Desk(boolean flag, int count) {
this.flag = flag;
this.count = count;
}
public boolean isFlag() {
return flag;
}
public void setFlag(boolean flag) {
this.flag = flag;
}
public int getCount() {
return count;
}
public void setCount(int count) {
this.count = count;
}
public Object getLock() {
return lock;
}
@Override
public String toString() {
return "Desk{" +
"flag=" + flag +
", count=" + count +
", lock=" + lock +
'}';
}
}
- Demo(测试)类：
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
/*消费者步骤：
1.判断桌子上是否有汉堡包
2.如果没有就等待
3.如果有就开吃
4.吃完之后，桌子上的汉堡包就没有了
叫醒等待的生产者继续生产
汉堡包的总数量减一
*/
/*
生产者步骤：
1.判断桌子上是否有汉堡包
如果有就等待，如果没有就生产，
2.把汉堡包放在桌子上。
3.叫醒等待的消费者开吃
*/
Desk desk = new Desk();
Foodie f = new Foodie(desk);
Cooker c = new Cooker(desk);
f.start();
c.start();
}
}
- 运行结果：
3.3 阻塞队列基本使用
-
阻塞队列继承结构
-
常见 BlockingQueue:
- ArrayBlockingQueue:底层是数组，有界
- LinkedBlockingQueue:底层是链表，无界。但不是真正的无界，最大为 int 的最大值
-
BlockingQueue的核心方法：
- put(anObject): 将参数放入队列，如果放不进去会阻塞。
- take(): 取出第一个数据，取不到会阻塞。
-
代码示例
public class Demo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//阻塞队列的基本用法
//创建阻塞队列的对象，并规定里边的容量为1
ArrayBlockingQueue<String> arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(1);
//存储元素
arrayBlockingQueue.put("汉堡包");
//取元素
System.out.println(arrayBlockingQueue.take());
System.out.println(arrayBlockingQueue.take());
System.out.println("程序结束了...");
}
}
- 运行结果：
注意：
这是因为：只 put() 进去一个数据，而要取出两个数据,第二个 take()取不到数据，导致阻塞。
3.4 阻塞队列实现等待唤醒机制
-
案例需求
- 生产者（Cooker）: 继承 Thread 类，重写 run() 方法，设置线程任务
- 1.构造方法中接收一个阻塞队列对象
- 2.在 run() 方法中循环获取阻塞队列中添加包子
- 3.打印添加剂结果
- 消费者（Foodie）: 继承 Thread 类，重写 run(）方法，设置线程任务
- 1.构造方法中接收一个阻塞队列对象
- 2.在 run 方法中循环获取阻塞队列中的包子
- 3.打印获取结果
- 测试类（Demo）: 里面有 main 方法， main 方法中的代码步骤如下
- 1.创建生产者线程 和消费者线程对象，构造方法中传入阻塞队列对象
- 2.分别开启两个线程
- 生产者（Cooker）: 继承 Thread 类，重写 run() 方法，设置线程任务
-
Cooker(生产者类)：
public class Cooker extends Thread {
private ArrayBlockingQueue<String> list;
public Cooker(ArrayBlockingQueue<String> list) {
this.list = list;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
list.put("汉堡包");
System.out.println("厨师放了一个汉堡包");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
- Foodie(消费者)类：
public class Foodie extends Thread {
private ArrayBlockingQueue<String> list;
public Foodie(ArrayBlockingQueue<String> list) {
this.list = list;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
String take = list.take();
System.out.println("吃货从队列中获取了"+take);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
- Demo(测试)类：
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
//创建一个阻塞队列,容量为1
ArrayBlockingQueue<String> list = new ArrayBlockingQueue<>(1);
//创建线程并开启
Cooker c = new Cooker(list);
Foodie f = new Foodie(list);
c.start();
f.start();
}
}
-
运行结果：
注意： -
我们设置的阻塞队列的容量为1，正常情况下应该存一个，取一个，但是为什么会出现同一种情况连续出现两次呢？
- 可能这时我们会考虑到是没有上锁导致两个线程抢CPU执行权的问题
-
有了这个思考，我们可以来查看 put 方法 和 take 方法的源码
- put 方法的源码
- put 方法的源码
-
take 方法的源码
-
从源码中我们可以看见，两个方法底层都已经实现了上锁，但是为什么会出现一种情况连续出现两次呢？
- 这是因为两条输出语句是我们自己写的，并没有在锁里边，所以会出现上边这种情况。
总结
以上是今天的全部内容，详细介绍了生产者和消费者模式，并用具体的例子帮助读者理解这种模式，也介绍了阻塞队列的基本使用，以及阻塞队列实现等待唤醒机制并分析了出现的问题。希望大家多多关注
