【愚公系列】2022年01月 Java教学课程 61-生产者消费者模式

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愚公搬代码 发表于 2022/01/11 19:29:40 2022/01/11
【摘要】 一、生产者消费者 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，实际上主要是包含了两类线程：​ 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...

一、生产者消费者

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，实际上主要是包含了两类线程：

    ​ 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中去获取数据，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

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

    • 生产者类(Cooker)：实现Runnable接口，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,更新桌子上包子状态,唤醒消费者消费包子

    • 消费者类(Foodie)：实现Runnable接口，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

      创建生产者线程和消费者线程对象

      分别开启两个线程

  • 代码实现

    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;

    //汉堡包的总数量
    public static int count = 10;

    //锁对象
    public static final Object lock = new Object();
}

public class Cooker extends Thread {
//    生产者步骤：
//            1，判断桌子上是否有汉堡包
//    如果有就等待，如果没有才生产。
//            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.lock){
                if(Desk.count == 0){
                    break;
                }else{
                    if(!Desk.flag){
                        //生产
                        System.out.println("厨师正在生产汉堡包");
                        Desk.flag = true;
                        Desk.lock.notifyAll();
                    }else{
                        try {
                            Desk.lock.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
}

public class Foodie extends Thread {
    @Override
    public void run() {
//        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

        //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
        while(true){
            synchronized (Desk.lock){
                if(Desk.count == 0){
                    break;
                }else{
                    if(Desk.flag){
                        //有
                        System.out.println("吃货在吃汉堡包");
                        Desk.flag = false;
                        Desk.lock.notifyAll();
                        Desk.count--;
                    }else{
                        //没有就等待
                        //使用什么对象当做锁,那么就必须用这个对象去调用等待和唤醒的方法.
                        try {
                            Desk.lock.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        }

    }
}

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，如果没有才生产。
        2，把汉堡包放在桌子上。
        3，叫醒等待的消费者开吃。*/

        Foodie f = new Foodie();
        Cooker c = new Cooker();

        f.start();
        c.start();

    }
}

3.生产者和消费者案例优化

  • 需求

    • 将Desk类中的变量,采用面向对象的方式封装起来
    • 生产者和消费者类中构造方法接收Desk类对象,之后在run方法中进行使用
    • 创建生产者和消费者线程对象,构造方法中传入Desk类对象
    • 开启两个线程

  • 代码实现

    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 = 10;
    private int count;

    //锁对象
    //public static final Object lock = new Object();
    private final Object lock = new Object();

    public Desk() {
        this(false,10); // 在空参内部调用带参,对成员变量进行赋值,之后就可以直接使用成员变量了
    }

    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 +
                '}';
    }
}

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，如果没有才生产。
//            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{
                    //System.out.println("验证一下是否执行了");
                    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();
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
}

public class Foodie extends Thread {
    private Desk desk;

    public Foodie(Desk desk) {
        this.desk = desk;
    }

    @Override
    public void run() {
//        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

        //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
        while(true){
            synchronized (desk.getLock()){
                if(desk.getCount() == 0){
                    break;
                }else{
                    //System.out.println("验证一下是否执行了");
                    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
                        //使用什么对象当做锁,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();
                        }
                    }
                }
            }
        }

    }
}

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，如果没有才生产。
        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();

    }
}

4.阻塞队列基本使用

  • 阻塞队列继承结构

在这里插入图片描述

  • 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 Demo02 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建阻塞队列的对象,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()); // 取不到会阻塞

        System.out.println("程序结束了");
    }
}

5.阻塞队列实现等待唤醒机制

  • 案例需求

    • 生产者类(Cooker)：实现Runnable接口，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方法中循环向阻塞队列中添加包子

      3.打印添加结果

    • 消费者类(Foodie)：实现Runnable接口，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

      创建阻塞队列对象

      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

      分别开启两个线程

  • 代码实现

    public class Cooker extends Thread {

    private ArrayBlockingQueue<String> bd;

    public Cooker(ArrayBlockingQueue<String> bd) {
        this.bd = bd;
    }
//    生产者步骤：
//            1，判断桌子上是否有汉堡包
//    如果有就等待，如果没有才生产。
//            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) {
            try {
                bd.put("汉堡包");
                System.out.println("厨师放入一个汉堡包");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

public class Foodie extends Thread {
    private ArrayBlockingQueue<String> bd;

    public Foodie(ArrayBlockingQueue<String> bd) {
        this.bd = bd;
    }

    @Override
    public void run() {
//        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

        //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
        while (true) {
            try {
                String take = bd.take();
                System.out.println("吃货将" + take + "拿出来吃了");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayBlockingQueue<String> bd = new ArrayBlockingQueue<>(1);

        Foodie f = new Foodie(bd);
        Cooker c = new Cooker(bd);

        f.start();
        c.start();
    }
}
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