生产者/消费者问题 - 高大北博客

问题背景

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，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
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
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

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
wait(long timeout) 执行等待的毫秒数
notify() 唤醒一个处于等待状态的线程
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
    }
}