java多线程15 :wait()和notify() 的生产者/消费者模式

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了java多线程15 :wait()和notify() 的生产者/消费者模式相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

什么是生产者/消费者模型

一种重要的模型,基于等待/通知机制。生产者/消费者模型描述的是有一块缓冲区作为仓库,生产者可将产品放入仓库,消费者可以从仓库中取出产品,生产者/消费者模型关注的是以下几个点:

1、生产者生产的时候消费者不能消费

2、消费者消费的时候生产者不能生产

3、缓冲区空时消费者不能消费

4、缓冲区满时生产者不能生产

生产者/模型作为一种重要的模型,它的优点在于:

1、解耦。因为多了一个缓冲区,所以生产者和消费者并不直接相互调用,这一点很容易想到,这样生产者和消费者的代码发生变化,都不会对对方产生影响,这样其实就把生产者和消费者之间的强耦合解开,变为了生产者和缓冲区/消费者和缓冲区之间的弱耦合

2、通过平衡生产者和消费者的处理能力来提高整体处理数据的速度,这是生产者/消费者模型最重要的一个优点。如果消费者直接从生产者这里拿数据,如果生产者生产的速度很慢,但消费者消费的速度很快,那消费者就得占用CPU的时间片白白等在那边。有了生产者/消费者模型,生产者和消费者就是两个独立的并发体,生产者把生产出来的数据往缓冲区一丢就好了,不必管消费者;消费者也是,从缓冲区去拿数据就好了,也不必管生产者,缓冲区满了就不生产,缓冲区空了就不消费,使生产者/消费者的处理能力达到一个动态的平衡


本篇先将利用wait()/notify()实现生产者/消费者的几点注意,最后讲解通关管道字节,字符流等也可以实现线程通信

利用wait()/notify()实现生产者/消费者模型

既然生产者/消费者模型有一个缓冲区,那么我们就自己做一个缓冲区,生产者和消费者的通信都是通过这个缓冲区的。value为""表示缓冲区空,value不为""表示缓冲区满:

public class ValueObject
{
    public static String value = "";
}

接下来就是一个生产者了,如果缓冲区满了的,那么就wait(),不再生产了,等待消费者消费完通知;如果缓冲区是空的,那么就生产数据到缓冲区中

public class Producer
{
    private Object lock;
    
    public Producer(Object lock)
    {
        this.lock = lock;
    }
    
    public void setValue()
    {
        try
        {
            synchronized (lock)
            {
                if (!ValueObject.value.equals(""))
                    lock.wait();
                String value = System.currentTimeMillis() + "_" + System.nanoTime();
                System.out.println("Set的值是:" + value);
                ValueObject.value = value;
                lock.notify();
            }
        }
        catch (InterruptedException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

消费者类似,如果缓冲区是空的,那么就不再消费,wait()等待,等待生产者生产完通知;如果缓冲区不是空的,那么就去拿数据:

public class Customer
{
    private Object lock;
    
    public Customer(Object lock)
    {
        this.lock = lock;
    }
    
    public void getValue()
    {
        try
        {
            synchronized (lock)
            {
                if (ValueObject.value.equals(""))
                    lock.wait();
                System.out.println("Get的值是:" + ValueObject.value);
                ValueObject.value = "";
                lock.notify();
            }
        } 
        catch (InterruptedException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

写个主函数,开两个线程调用Producer里面的getValue()方法和Customer()里面的setValue()方法:

public static void main(String[] args)
{
    Object lock = new Object();
    final Producer producer = new Producer(lock);
    final Customer customer = new Customer(lock);
    Runnable producerRunnable = new Runnable()
    {
        public void run()
        {
            while (true)
            {
                producer.setValue();
            }
        }
    };
    Runnable customerRunnable = new Runnable()
    {
        public void run()
        {
            while (true)
            {
                customer.getValue();
            }
        }
    };
    Thread producerThread = new Thread(producerRunnable);
    Thread CustomerThread = new Thread(customerRunnable);
    producerThread.start();
    CustomerThread.start();
}

看一下运行结果:

...
Set的值是:1444025677743_162366875965845
Get的值是:1444025677743_162366875965845
Set的值是:1444025677743_162366875983541
Get的值是:1444025677743_162366875983541
Set的值是:1444025677743_162366876004776
Get的值是:1444025677743_162366876004776
...

生产数据和消费数据一定是成对出现的,生产一个消费一个,满了不生产,空了不消费,生产者不能无限生产,消费者也不能无限消费,符合生产者/消费者模型。生产者速度快,就不占用CPU时间片,等着消费者消费完通知它继续生产,这块时间片可以用来给其他线程用。

 上面是一个很普通的生产者/消费者模型,且只有一个生产者和消费者,执行正常,如果有多个的话就会产生假死情况。注意上面的if判断是有问题,在一生产/多消费的线程执行的话,会出现程序混乱的问题,因为没有二次验证,改为while就可以,这里可以参考java多线程14 :wait()和notify()/notifyAll() 这里有些该情况



生产者/消费者操作值---假死






上面模拟了多个生产者/消费者 操作值产生的假死情况,在这里为什么会出现假死的情况,就是因为多个生产者/消费者通时执行,而一次执行只notify唤醒了一个wait的线程,由于多线程唤醒的执行顺序是无序的,很有可能生产者notify唤醒了一个生产者,这样冲突互相wait,就造成了线程假死。
解决上面假死的情况就是使用notifyAll,这样就通知了所有wait的线程,包括生产/消费,只要有一个不是同类的被唤醒就不会出现wait假死情况了


一生产者/多消费者--操作栈
一生产者/多消费者如果使用if判断的会导致程序错乱,抛出异常,验证



上面是一生产 一消费的情况,正常打印。下面修改代码,变成一生产/多消费



一生产者/多消费者--解决if wait条件为while,并解决假死notify改为notifyAll



生产/消费模式下分支用whlie二次判断,notifyAll解决假死



通过管道进行线程间通信---字节流




从上面来看,管道字符流也是可以实现线程通信的




通过管道进行线程间通信---字符流


run





跟字节流一样

以上是关于java多线程15 :wait()和notify() 的生产者/消费者模式的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

Java多线程——wait方法和notify方法的详解

Java 多线程编程之:notify 和 wait 用法

[多线程]wait和notify

Java多线程基础之wait,notify

JAVA多线程之wait/notify

Java多线程通信之wait()和notify()方法