线程通信问题
应用场景 : 生产者和消费者问题
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。
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对于生产者：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。
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对于消费者：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。
一、线程通信方法
Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题。
| 方法名 | 作用 |
|---|---|
| wait() | 表示线程一直等待，直到其他线程通知，与sleep不同会释放锁。 |
| wait(long timeout) | 指定等待的毫秒数。 |
| notify() | 唤醒一个处于等待状态的线程。 |
| notifyAll() | 唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程，优先级别高的线程优先调度。 |
注意：均是 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IIIegalMonitorStateException。
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：
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对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待。而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费。
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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。
二、线程通信问题解决方式
解决方式一：管程法
并发协作模型“生产者/消费者模式”–>管程法：
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生产者∶负责生产数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）；
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消费者：负责处理数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）；
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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”。
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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。
package com.gcbeen.thread;
// 测试:生产者消费者模型-->利用缓冲区解决:管程法
public class TestThreadPC {
public static void main(String[] args) {
SynContainer synContainer = new SynContainer();
new Producer(synContainer).start();
new Consumer(synContainer).start();
}
}
// 生产者
class Producer extends Thread {
// 缓冲区
SynContainer container;
public Producer(SynContainer container) {
this.container = container;
}
// 生产
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
container.push(new Product(i));
System.out.println("生产了:" + i + "件产品。");
}
}
}
// 消费者
class Consumer extends Thread {
// 缓冲区
SynContainer container;
public Consumer(SynContainer container) {
this.container = container;
}
// 消费
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("消费了:" + container.pop().id + "件产品。");
}
}
}
// 产品
class Product {
int id; // 产品编号
public Product(int id) {
this.id = id;
}
}
// 缓冲区
class SynContainer {
// 需要一个容器大小
Product[] products = new Product[10];
// 容器计数器
int count = 0;
// 生产者放入产品
public synchronized void push(Product product) {
// 如果容器满了,需要等待消费者消费
while (count == products.length) {
// 通知消费者消费,等待生产
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 如果没有满,需要丢入产品
products[count] = product;
count++;
// 通知消费者消费
this.notifyAll();
}
// 消费者消费产品
public synchronized Product pop() {
// 判断是否能消费
// 假如消费者1消费了最后一个，这时 index 变成 0 。
// 此时释放锁被消费者2拿到而不是生产者拿到 ，
// 如果 使用 if 条件判断 这时消费者的 wait 就直接去消费。 index - 1 下标越界，
// 如果是 while 就会再去判断一下 index 的值是不是变成 0 了
while (count <= 0) {
// 等待生产者生产
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 如果可以消费
count--;
Product product = products[count];
// 吃完了 通知生产者生产
this.notifyAll();
return product;
}
}
// 消费了:98件产品。
// 生产了:99件产品。
// 消费了:99件产品。
// 消费了:6件产品。
// 消费了:5件产品。
// 消费了:4件产品。
// 消费了:3件产品。
// 消费了:2件产品。
// 消费了:1件产品。
// 消费了:0件产品。
解决方式二：信号灯法
并发协作模型“生产者/消费者模式”—>信号灯法。
package com.gcbeen.thread;
// 测试:生产者消费者模型2-->信号灯法,标志位解决
public class TestThreadPC02 {
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) {
this.tv.play("熊出没播放中……");
} else {
this.tv.play("开心消消乐……");
}
}
}
}
// 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++) {
tv.watch();
}
}
}
// 产品 --> 节目
class TV {
String voice; // 表演的节目
// 信号灯
// 演员表演，观众等待 T
// 观众观看，演员等待 F
boolean flag = true;
// 表演
public synchronized void play(String voice) {
if (!flag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("演员表演了:" + voice);
// 通知观众观看
this.notifyAll(); // 通知唤醒
this.voice = voice;
this.flag = !this.flag;
}
// 观看
public synchronized void watch() {
if (flag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("观看了:" + voice);
// 通知演员表演
this.notify();
this.flag = !this.flag;
}
}
// 演员表演了:熊出没播放中……
// 观看了:熊出没播放中……
// 演员表演了:开心消消乐……
// 观看了:开心消消乐……