生产者-消费者 模型

生产者与消费者基本程序模型

  • 在多线程开发过程之中最为著名的案例就是生产者与消费者操作,该操作的主要流程如下:

    • 生产者负责信息内容的生产;
    • 每当生产者生产完成一项完整的信息之后,消费者要从这里面取走信息;
    • 如果生产者没有生产完则消费者要等待他生产完成,如果消费者还没有对信息进行消费,则生产者应该等待消费处理完成后再继续生产;
  • 可以将生产者与消费者定义为两个独立的线程类对象,既然生产者与消费者是两个独立的线程,那么这两个独立的线程之间就需要有一个数据保存集中点,那么可以单独定义一个Message类实现数据的保存;

此图来源于李兴华老师
package com.company;
class Producer implements Runnable {
    private Message msg;
    public Producer(Message msg) {
        this.msg = msg;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int x = 0; x < 100; x++) {
            if (x % 2 == 0) {
                this.msg.setTitle("张三");
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                this.msg.setContent("帅哥");
            } else {
                this.msg.setTitle("李四");
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                this.msg.setContent("丑八怪");
            }
        }
    }
}
class Consumer implements Runnable {
    private Message msg;
    public Consumer(Message msg) {
        this.msg = msg;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int x = 0; x < 100; x++) {
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(this.msg.getTitle() + "   -   " + this.msg.getContent());
        }
    }
}
class Message {
    private String title;
    private String content;
    public void setTitle(String title) {
        this.title = title;
    }
    public void setContent(String content) {
        this.content = content;
    }
    public String getTitle() {
        return title;
    }
    public String getContent() {
        return content;
    }
}
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Message msg = new Message();
        new Thread(new Producer(msg)).start();
        new Thread(new Consumer(msg)).start();
    }
}
  • 通过上面程序的执行会发现有两个主要的问题:
    • 问题一:数据不同步;
    • 问题二:生产一个取走一个,但是发现了重复生产重复取出问题;

解决数据同步

  • 要想解决数据同步问题,最简单的做法是使用synchronized关键字定义同步代码块或同步方法;
package com.company;
class Producer implements Runnable {
    private Message msg;
    public Producer(Message msg) {
        this.msg = msg;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int x = 0; x < 100; x++) {
            if (x % 2 == 0) {
                this.msg.set("张三", "帅哥");
            } else {
                this.msg.set("李四", "丑八怪");
            }
        }
   }
}
class Consumer implements Runnable {
    private Message msg;
    public Consumer(Message msg) {
        this.msg = msg;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int x = 0; x < 100; x++) {
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(this.msg.get());
        }
    }
}
class Message {
    private String title;
    private String content;
    public synchronized void set(String title, String content) {
        this.title = title;
        this.content = content;
    }
    public synchronized String get() {
        return this.title + "  -  " + this.content;
    }
}
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Message msg = new Message();
        new Thread(new Producer(msg)).start();
        new Thread(new Consumer(msg)).start();
    }
}
  • 这个时候发现数据已经可以正常的保持一致了,但是对于重复操作的问题依然存在;

线程等待与唤醒

  • 要想解决生产者与消费者的问题,那么最好的解决方案就是使用等待与唤醒机制,而对于等待与唤醒的操作机制主要依靠的是Object类中提供的方法处理的:
    • 一直等待:public final void wait() throws InterruptedException
    • 设置等待时间:public final void wait(long timeout) throws InterruptedException
    • 设置等待时间:public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException
    • 唤醒第一个等待线程:public final void notify()
    • 唤醒所有等待线程:public final void notifyAll()
  • 如果有若干个等待线程的话,那么notify()表示唤醒第一个等待的,而其他的线程继续等待,而notifyAll()表示唤醒所有等待的线程,哪个线程的优先级高就有可能先执行;
package com.company;
class Producer implements Runnable {
    private Message msg;
    public Producer(Message msg) {
        this.msg = msg;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int x = 0; x < 100; x++) {
            if (x % 2 == 0) {
                this.msg.set("张三", "帅哥");
            } else {
                this.msg.set("李四", "丑八怪");
            }
        }
    }
}
class Consumer implements Runnable {
    private Message msg;
    public Consumer(Message msg) {
        this.msg = msg;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int x = 0; x < 100; x++) {
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(this.msg.get());
        }
    }
}
class Message {
    private String title;
    private String content;
    private boolean flag = true;
    public synchronized void set(String title, String content) {
        if (!this.flag) {
            try {
                super.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        this.title = title;
        this.content = content;
        this.flag = false;
        super.notify();
    }
    public synchronized String get() {
        if (this.flag) {
            try {
                super.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        try {
            return this.title + "  -  " + this.content;
        } finally {
            this.flag = true;
            super.notify();
        }
    }
}
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Message msg = new Message();
        new Thread(new Producer(msg)).start();
        new Thread(new Consumer(msg)).start();
    }
}
  • 这种处理形式是多线程开发之中最原始的处理方案,整个的同步、等待、唤醒机制都由开发者自行通过原生代码实现控制;
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