【愚公系列】2022年01月 Java教学课程 61-生产者消费者模式

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

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

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 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 bd; public Cooker(ArrayBlockingQueue 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 bd; public Foodie(ArrayBlockingQueue 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 bd = new ArrayBlockingQueue<>(1); Foodie f = new Foodie(bd); Cooker c = new Cooker(bd); f.start(); c.start(); } }

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