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11.6 线程并发协作(生产者/消费者模式)


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      多线程环境下,我们经常需要多个线程的并发和协作。这个时候,就需要了解一个重要的多线程并发协作模型“生产者/消费者模式”。

Ø 什么是生产者?

      生产者指的是负责生产数据的模块(这里模块可能是:方法、对象、线程、进程)。

Ø 什么是消费者?

      消费者指的是负责处理数据的模块(这里模块可能是:方法、对象、线程、进程)。

Ø 什么是缓冲区?

      消费者不能直接使用生产者的数据,它们之间有个“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”拿要处理的数据。

图11-17 生产者消费者示意图.png

图11-17 生产者消费者示意图

      缓冲区是实现并发的核心,缓冲区的设置有3个好处:

Ø 实现线程的并发协作

      有了缓冲区以后,生产者线程只需要往缓冲区里面放置数据,而不需要管消费者消费的情况;同样,消费者只需要从缓冲区拿数据处理即可,也不需要管生产者生产的情况。 这样,就从逻辑上实现了“生产者线程”和“消费者线程”的分离。

Ø 解耦了生产者和消费者

      生产者不需要和消费者直接打交道。

Ø 解决忙闲不均,提高效率

      生产者生产数据慢时,缓冲区仍有数据,不影响消费者消费;消费者处理数据慢时,生产者仍然可以继续往缓冲区里面放置数据 。

【示例11-13】生产者与消费者模式

public class TestProduce {
	public static void main(String[] args) {
		SyncStack sStack = new SyncStack();// 定义缓冲区对象;
		Shengchan sc = new Shengchan(sStack);// 定义生产线程;
		Xiaofei xf = new Xiaofei(sStack);// 定义消费线程;
		sc.start();
		xf.start();
	}
}

class Mantou {// 馒头
	int id;

	Mantou(int id) {
		this.id = id;
	}
}

class SyncStack {// 缓冲区(相当于:馒头筐)
	int index = 0;
	Mantou[] ms = new Mantou[10];

	public synchronized void push(Mantou m) {
		while (index == ms.length) {//说明馒头筐满了
			try {
               //wait后,线程会将持有的锁释放,进入阻塞状态;
               //这样其它需要锁的线程就可以获得锁;
				this.wait();
				//这里的含义是执行此方法的线程暂停,进入阻塞状态,
                //等消费者消费了馒头后再生产。
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
        // 唤醒在当前对象等待池中等待的第一个线程。
        //notifyAll叫醒所有在当前对象等待池中等待的所有线程。
		this.notify();
		// 如果不唤醒的话。以后这两个线程都会进入等待线程,没有人唤醒。
		ms[index] = m;
		index++;
	}

	public synchronized Mantou pop() {
		while (index == 0) {//如果馒头筐是空的;
			try {
                //如果馒头筐是空的,就暂停此消费线程(因为没什么可消费的嘛)。
				this.wait();				//等生产线程生产完再来消费;
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		this.notify();
		index--;
		return ms[index];
	}
}

class Shengchan extends Thread {// 生产者线程
	SyncStack ss = null;

	public Shengchan(SyncStack ss) {
		this.ss = ss;
	}

	@Override
	public void run() {
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			System.out.println("生产馒头:" + i);
			Mantou m = new Mantou(i);
			ss.push(m);
		}
	}
}

class Xiaofei extends Thread {// 消费者线程;
	SyncStack ss = null;

	public Xiaofei(SyncStack ss) {
		this.ss = ss;
	}

	@Override
	public void run() {
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			Mantou m = ss.pop();
			System.out.println("消费馒头:" + i);

		}
	}
}

      执行结果如图11-18所示:

图11-18 示例11-13运行效果图.png

图11-18 示例11-13运行效果图

线程并发协作总结:

      线程并发协作(也叫线程通信),通常用于生产者/消费者模式,情景如下:

      1. 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。

      2. 对于生产者,没有生产产品之前,消费者要进入等待状态。而生产了产品之后,又需要马上通知消费者消费。

      3. 对于消费者,在消费之后,要通知生产者已经消费结束,需要继续生产新产品以供消费。

      4. 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)。

      5. 那线程是通过哪些方法来进行消息传递(通信)的呢?见如下总结:

表11-2 线程通信常用方法.png

      6. 以上方法均是java.lang.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。

老鸟建议

      在实际开发中,尤其是“架构设计”中,会大量使用这个模式。 对于初学者了解即可,如果晋升到中高级开发人员,这就是必须掌握的内容。


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