生产者和消费者模型

生产者和消费者模型

线程通信：不同的线程执行不同的任务,如果这些任务有某种关系，各个线程必须要能够通信，从而完成工作。线程通信中的经典问题：生产者和消费者问题

模型：

这个模型也体现了面向对象的设计理念：低耦合

也就是为什么生产者生产的东西为什么不直接给消费者，还有经过一个缓冲区（共享资源区）

这就相当于去包子店吃包子，你要5个包子，老板把5个人包子放在一个盘子中再给你，这个盘子就是一个缓冲区。

现在模拟一个生产者和消费者模型

• 生产者生产“李小龙 男”，消费者消费也就是打印出“李小龙 男”

• 生产者生产“狗晗 女”，消费者消费也就是打印出“狗晗 女”

• 要求生产者生产一个，消费者消费一个。也就是缓冲区为1

• 期望结果：

  李小龙 男

  狗晗 女

  李小龙 男

  狗晗 女

  ···

解决问题

需要创建4个类，分别是生产者，消费者，共享资源类，测试类

• 生产者类实现Runnable接口，覆盖run方法

  public class Producer implements Runnable{
  	ShareResource resource = null;
  	public Producer(ShareResource resource){
  		this.resource = resource;
  	}
  	@Override
  	public void run() {
  		for(int i = 0; i < 50;i++){
  			if(i % 2 == 0){
  				resource.product("李小龙", "男");
  			}else{
  				resource.product("狗晗","女");
  			}
  		}
  	}
  	
  }
  

• 消费者类实现Runnable接口，覆盖run方法

  public class Consumer implements Runnable {
  	ShareResource resource = null;
  	public Consumer(ShareResource resource){
  		this.resource = resource;
  	}
  	public void run(){
  		for(int i = 0;i < 50;i++){
  			resource.consume();
  		}
  	}
  }
  

• 共享资源类有生产者和消费者两个类的引用

  public class ShareResource {
  	private String name;
  	private String sex;
  	
  	public void product(String name,String sex){
  	    this.name = name;
          try{
              Thread.sleep(10);
          }catch(Exception e){
              e.printStackTrace();
          }
  		this.sex = sex;
  	}
  	
  	public void consume(){
          try{
              Thread.sleep(10);
          }catch(Exception e){
              e.printStackTrace();
          }
  		System.out.println(this.name + " " + this.sex);
  	}
  }
  

• 测试类可以启动线程

  public class Demo {
  	public static void main(String[]args){
  		ShareResource resource = new ShareResource();
  		new Thread(new Producer(resource)).start();
  		new Thread(new Consumer(resource)).start();
  	}
  }
  

运行后发现，结果性别发生了紊乱:

我靠，这我龙哥愿意吗，怎么回事？

就是因为多线程并发同一资源，要把它们的方法用synchronized修饰保证它们生产和消费不同时进行，当你加上synchronized之后:

确实性别紊乱的问题是解决了，狗晗是高兴了，但是它们并不是交替出现的啊，怎么回事？

你要交替出现，必须一个等着一个啊，你生产完了，你得停下来休息啊，让消费者先消费，等到消费者消费完之后，让消费者把你叫醒再继续生产，消费者就又去休息去了，这个消费者优点类似于吃了睡，睡了在吃一样。

wait和notify方法

• wait方法：执行该方法的对象释放同步锁，JVM把该线程存放到等待池中，等待其他线程唤醒

• notify方法：唤醒在等待池中的等待的任意一个线程，把线程转移到锁池中

• notifyAll方法：唤醒在等待池中等待的所有线程，把线程转移到锁池中

  等待池：没有机会获取同步锁，只能等待被唤醒，被转移到锁池中。

  锁池： 当前生产者在生产数据的时候(先拥有同步锁),其他线程就在锁池中等待获取锁.，当线程执行完同步代码块的时候,就会释放同步锁,其他线程开始抢锁的使用权.

又来看这个模型，应该得定义一个判断当前共享资源区是否为空，如果为空，消费者就应该等待生产者生产，当生产者生产 完毕后应该唤醒消费者进行消费。如果不为空，生产者就应该等待消费者，等消费者完毕后再唤醒生产者继续生产

public class ShareResource {
	private String name;
	private String sex;
	private boolean isEmpty = true;//判断共享区空和满的一个标志
	//生产者生产
	synchronized public void product(String name,String sex){
		try {
			while(!isEmpty){//共享区不空，生产者需要停下等待消费者消费
				/**
				 * this是同步锁(同步监听对象)，wait方法是Object类中 的方法，调用该方法就释放同步锁
				 * 然后JVM把该线程存放到等待池中，等待其他线程唤醒该线程
				 * 该方法只能被同步监听对象调用，否则报错IllegalMonitorStateException.
				 */
				
				this.wait();
			}
			//----------开始生产-----------
			this.name = name;
			Thread.sleep(10);
			this.sex = sex;
			//---------结束生产------------
			isEmpty = false;  //设置共享区为不空
			/**
			 * notify方法是唤醒等待池中的随机一个线程，把线程转移到锁池中等待(锁池中有机会获取到锁)
			 * notifyAll方法是唤醒等待池中的所有线程，把线程转移到锁池中等待
			 * 该方法只能被同步监听对象锁调用，否则报错
			 */
			this.notify();	//唤醒一个消费者               notify是唤醒其中一个，notifyAll是唤醒全部
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	//消费者消费
	synchronized public void consume(){
		try {
			while(isEmpty){//当共享区为空时，消费者进行等待
				this.wait();
			}
			//------------开始消费-------------
			Thread.sleep(30);
			System.out.println(name + " " + sex);
			//------------结束消费-------------
			isEmpty = true;
			this.notify();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	} 
}

用synchronized修饰方法，会自动获取锁，自动释放锁。从java5开始使用Lock机制取代synchronized代码块和synchronized方法，使用Condition接口对象的await，signal，signalAll方法取代notify，notifyAll，用法还是大同小异

public class ShareResource {
	private String name;
	private String sex;
	private boolean isEmpty = true;
	private final Lock lock = new ReentrantLock();
	private Condition condition = lock.newCondition();
	
	public void product(String name,String sex){
		lock.lock();//获取锁
		try {
			while(!isEmpty){//不空，生产者要等待消费者消费
				condition.await();//等待，相当于this.wait();
			}
			this.name = name;
			Thread.sleep(10);
			this.sex = sex;
			
			isEmpty = false;//把共享区置为不空
			condition.signal();//唤醒一个线程，相当于this.notify().  signalAll 可以唤醒全部线程
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}finally{
			lock.unlock();//释放锁
		}
	}
	
	public void consume(){
		lock.lock();
		try {
			while(isEmpty){//共享区为空，需要等待生产者生产
				condition.await();
			}
			
			Thread.sleep(20);
			System.out.println(this.name + " " + this.sex);
			
			isEmpty = false;
			condition.signal();
			
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}finally{
			lock.unlock();
		}
	}
}

结果就是：

Lock机制

创建一个Lock接口实现类ReetranLock的对象,进入同步方法后立即加锁，lock.lock();最后释放锁，看API中的典型代码