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生产者/消费者问题

高大北
2022-04-21 / 0 评论 / 2 点赞 / 252 阅读 / 3,420 字 / 正在检测是否收录...

问题背景

  1. 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
  2. 对于生产者,生产了产品之后,又需要马上通知消费者消费,而生产足量时,暂停生产,等待消费者消费
  3. 对于消费者,在消费之后,要通知生产者生产;而无产品消费时,暂停消费,等待生产者生产
  4. 在生产者消费者问题中,仅有synchronized是不够的
    • synchronized可以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(即通信)

线程间通信解决

  1. wait() 表示线程一直在等待,直到其他线程通;与sleep不同,wait会释放锁
  2. wait(long timeout) 执行等待的毫秒数
  3. notify() 唤醒一个处于等待状态的线程
  4. otifyAll() 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
  • ⚠️ 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IllegalMonitorStateException

通信的两种解决方案

并发协作模型"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生产的产品,他们之间设立了"缓冲区";生产者将生产好的产品放入缓冲区,消费者从缓冲区获得产品
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        BufferArea bufferArea = new BufferArea();
        new Producer(bufferArea).start();   //生产者
        new Consumer(bufferArea).start();   //消费者
    }
}
//生产者
class Producer extends Thread{
    BufferArea bufferArea;
    public Producer(BufferArea bufferArea){
        this.bufferArea = bufferArea;
    }
    //生产
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i < 20; i++) {
            bufferArea.push(new Product(i));
            System.out.println("生产了第"+i+"?");
        }
    }
}
//消费者
class Consumer extends Thread {
    BufferArea bufferArea;
    public Consumer(BufferArea bufferArea){
        this.bufferArea = bufferArea;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i < 20; i++) {
            System.out.println("消费了第"+bufferArea.pop().getI()+"只?");
        }
    }
}
//产品(?)
class Product{
    private int i;  //第i只
    public Product(int i){
        this.i = i;
    }
    public int getI() {
        return i;
    }
    public void setI(int i) {
        this.i = i;
    }
}
//缓冲区
class BufferArea{
    //需要一个容器大小
    Product[] products=new Product[10];
    int count=0;    //容器计数器,并非数组下标

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Product product){
        //如果容器满了,就需要等待消费者消费
        if(count== products.length){
            //生产者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        products[count]=product;
        count++;    //数量增加
        //可以通知消费者消费了
        this.notifyAll();
    }
    //消费者消费产品
    public synchronized Product pop(){
        //判断能否消费
        if(count==0){
            //消费者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        count--;    //数量减少
        Product product = products[count];  //此次消费的产品
        //消费完,通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return product;
    }
}

并发协作模型"生产者/消费者模式"(信号灯法)

public class TestPC2 {
    public static void main(String[] args) {
        Article article=new Article("白?非?");
        Boolean flag=true;  //true:可以修改;false:可以阅读
        Room room=new Room(article,flag);
        Author student=new Author(room);
        Reader teacher=new Reader(room);
        student.start();
        teacher.start();
    }
}
//生产者(学生)
class Author extends Thread{
    Room room;
    public Author(Room room){
        this.room = room;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i < 10; i++) {
            room.write(i);
        }
    }
}

//消费者(导师)
class Reader extends Thread {
    Room room;
    public Reader(Room room){
        this.room = room;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i < 10; i++) {
            room.read(i);
        }
    }
}

//产品(论文)
class Article{
    String name;    //文章名称

    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Article(String name) {
        this.name = name;
    }
}
//办公室
class Room{
    //学生修改论文,导师等待;导师查阅论文,学生等待
    Article article;
    Boolean flag;  //true:可以修改;false:可以阅读

    public Room(Article article, Boolean flag) {
        this.article = article;
        this.flag = flag;
    }
    //修改论文
    public synchronized void write(int i){
        if(!flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("学生正在修改《"+article.getName()+"》这篇文章的第"+i+"版~");
        //修改完成,通知尊师查阅
        this.notifyAll();
        this.flag=!flag;    //更新信号灯状态
    }
    //查阅论文
    public synchronized void read(int i){
        if(flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("导师正在查阅《"+article.getName()+"》这篇文章的第"+i+"版!");
        //阅读完成,通知爱徒修改
        this.notifyAll();
        this.flag=!flag;    //更新信号灯状态
    }
}
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