多线程学习第五篇

5、线程协作（线程通信）

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。
• 如果仓库中没有产品，则将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。
• 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，直到仓库中再次放入产品为止。

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。

• 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
• 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，不能用来实现不同线程之间的通信

5.1、解决线程通信的几个方法

注意： 均是Object类的方法，都只能在同步方法或者同步代码快中使用，否则会抛出异常 illegalMonitorStateException

5.2、解决线程之间通信的方式

5.2.1、管程法

并发写作模型""生产者/消费者模式""–>管程法

• 生产者：负责生产数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）
• 消费者：负责处理数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）
• 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

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。

案例：

package com.thread.communication;

// 测试 生产者消费者模型 --> 利用缓冲区解决：管程法

public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        SynBuffer synBuffer = new SynBuffer();

        new Producer(synBuffer).start();
        new Consumer(synBuffer).start();
    }
}

// 生产者
class Producer extends Thread{
    SynBuffer buffer;
    public Producer(SynBuffer buffer){
        this.buffer = buffer;
    }
    // 生产

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            try {
                buffer.push(new Chicken(i));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("生产了" + i +"只鸡");
        }
    }
}

// 消费者
class Consumer extends Thread{
    SynBuffer buffer;
    public Consumer(SynBuffer buffer){
        this.buffer = buffer;
    }

    // 消费

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            try {
                System.out.println("消费了-->" + buffer.pop().id +"只鸡");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

// 产品
class Chicken{
    int id; // 产品编号

    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}

// 缓冲区
class SynBuffer{

    //容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    // 容器计数器
    int count = 0;

    // 生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken) throws InterruptedException {
        // 如果容器满了，需要等待消费者消费
        if(count == chickens.length){
            // 通知消费者消费，生产等待
            this.wait();
        }
        // 如果没有满，需要丢入产品
        chickens[count] = chicken;
        count ++;
        // 可以通知消费者消费了
        this.notifyAll();
    }

    // 消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop() throws InterruptedException {
        // 判断能否消费
        if(count == 0){
            /// 等待生产者生产，消费者等待
            this.wait();
        }
        // 如果可以消费
        count --;
        Chicken chicken = chickens[count];
        // 吃完了，通知生产者生产
        this.notifyAll();

        return chicken;
    }
}

5.2.2 信号灯法

package com.thread.communication;

public class TestPC2 {
    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("节目一：新闻联播");
            }else{
                this.tv.play("节目二：法治在线");
            }
        }
    }
}
// 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{
    // 演员表演，观众等待 T
    // 观众观看，演员等待 F
    String voice; // 表演的节目
    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.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }
}

5.3、使用线程池

• 背景：经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大。
• 思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
• 优点：
  • 提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
  • 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
  • 便于线程管理…
    • corePoolSize：核心池的大小
    • maximumPoolSize：最大线程数
    • keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间会终止

JDK5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService 和 Executors

• ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
• void execute(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
• Future submit (Callable task)：执行任务，有返回值，一般用来执行Callable
• void shutdown()：关闭连接池
• Executors:工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池

案例：

package com.thread.communication;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

//测试线程池
public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建服务，创建线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        //2.执行
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());

        //3.关闭链接
        service.shutdown();
    }

}


class MyThread implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + i);
        }
    }
}