多线程04—浅谈线程通信

1. 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 , 否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止

2. 问题分析

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
• synchronized 不能用来实现不同线程之间的消息传递 (通信)

3. Java中涉及到线程通信的方法

• 以上方法均定义在Object类当中，只能在同步方法或同步代码块中使用

4. 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
• 处理逻辑：生产者生产好的数据之间放入缓冲区中，消费者从缓冲区中拿出数据
• 代码示例
  • 思路分析：生产者只管生产，消费者只管消费
    • 缓冲区在添加数据时判断缓冲区是否满了。满了，等待消费；没有满，就通知生产。
    • 缓冲区减少数据时，判断还有没有数据。没有的话。等待生产；消费完毕了，就要通知生产

（1）Productor.java——生产者

package com.pbx.lesson03;

/**
 * 生产者
 * @author BruceXu
 * @date 2020/9/17
 */
public class Productor extends Thread {
    private Buffer buffer;
    public Productor(Buffer buffer){
        this.buffer = buffer;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("生产了第"+i+"只鸡");
            buffer.push(new Chicken(i));
            // 可以通过修改sleep的时间来模拟不同的生产速度
            try {
                if (i<10) {
                    Thread.sleep(100);
                } else {
                    Thread.sleep(200);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

（2）Customer.java——消费者

package com.pbx.lesson03;

/**
 * 消费者
 * @author BruceXu
 * @date 2020/9/17
 */
public class Customer extends Thread {
    private Buffer buffer;

    public Customer(Buffer buffer) {
        this.buffer = buffer;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            Chicken chicken = buffer.pop();
            System.out.println("消费了第"+chicken.getId()+"只鸡,现在还有"+buffer.getCount()+"只鸡剩余");
            try {
                // 可以通过修改sleep的时间来模拟不同的消费
                Thread.sleep(150);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

（3）Buffer.java——缓冲区

package com.pbx.lesson03;

/**
 * 缓冲区
 * @author BruceXu
 * @date 2020/9/17
 */
public class Buffer {
    // 需要一个容器来存放商品
    private Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    // 需要一个计数器
    private int count = 0;

    public int getCount() {
        return count;
    }

    // 生产者要放入商品
    public synchronized void push(Chicken chicken) {
        // 如果容器满了，生产者等待，通知消费者消费
        if(count >= chickens.length) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        // 如果没满，就可以继续放入商品
        chickens[count] = chicken;
        count++;

        //  通知消费者消费
        this.notifyAll();
    }

    // 消费者要消费商品
    public synchronized Chicken pop(){
        // 判断能不能消费
        if (count==0) {
            // 等待生产，等待消费
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        // 消费
        count--;
        this.notifyAll();
        return chickens[count];
    }
}

（4）Chicken.java——商品

package com.pbx.lesson03;

/**
 * 商品
 *
 * @author BruceXu
 * @date 2020/9/17
 */
public class Chicken {
    private int id;

    public int getId() {
        return id;
    }

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

（5）Main.java

package com.pbx.lesson03;

/**
 * @author BruceXu
 * @date 2020/9/17
 */
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Buffer buffer = new Buffer();
        new Productor(buffer).start();
        new Customer(buffer).start();
    }
}

5. 信号灯法

• 将某个变量作为标志位，以此来进行判断，是否该等待还是通知
• 代码示例

（1）TV.java

package com.pbx.lesson04;

/**
 * 看电视
 * 节目时间广告等待播放，广告时间节目等待播放
 *
 * @author BruceXu
 * @date 2020/9/18
 */
public class TV {
    // 广告时间，false；节目时间，ture
    private boolean flag;

    public synchronized void playShow(String name) {
        // 播放节目之前，先看广告有没有播放过
        if (!flag) {
            // 没放过广告，那么等待广告播放
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("播放节目：" + name);
        // 更改标志位
        this.flag = !this.flag;
        // 节目放过了，该放广告了
        this.notifyAll();
    }

    public synchronized void playAD(String name) {
        // 节目放完了吗？如果没有，就等待节目放完
        if (flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("播放广告：" + name);
        // 更改标志位
        this.flag = !this.flag;
        // 广告放过了，该放节目了
        this.notifyAll();
    }
}

（2）AD.java

package com.pbx.lesson04;

/**
 * @author BruceXu
 * @date 2020/9/18
 */
public class AD extends Thread {
    private final TV tv;

    public AD(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.playAD("第" + i + "个广告，今年过节不收礼，收礼只收脑白金");
        }
    }
}

（3）Show.java

package com.pbx.lesson04;

/**
 * @author BruceXu
 * @date 2020/9/18
 */
public class Show extends Thread {

    private final TV tv;

    public Show(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.playShow("第" + i + "个节目，NBA全明星赛");
        }
    }
}

（4）Main.java

package com.pbx.lesson04;

/**
 * @author BruceXu
 * @date 2020/9/18
 */
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Show(tv).start();
        new AD(tv).start();
    }
}

6. 线程池法 (了解为主)

• 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。
• 解决方法：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后会终止
• 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

原文：https://www.cnblogs.com/primabrucexu/p/13694077.html