多线程操作实例——生产者与消费者

Posted 2020-08-17 静若飘絮

面对多线程学习生产者与消费者是最基本的实例

对于java后端开发的人员必须要掌握，还有考研考试计算机操作系统的同鞋。

下面是三个实例对于生产者与消费者的的例子，层层递进，逐步解决问题。

问题：生产者——设置信息名字name，和内容content

        消费者——负责取出设置的信息。

一、基本实现

由于线程的不确定性可能出现以下问题：

（1）消费者取出的信息不匹配，即不是由同一个生产者设置的信息

（2）生产者生产了多个信息，消费者才开始取出信息，或消费者取出的重复的信息。

上面的问题下面会逐一解决，下面先看出现问题的程序：

package li.xin.hua.ch9;
/*线程生产者与向消费者最基本实现,问题有：
 * 1、数据不匹配
 * 2、数据重复取出已经取过的数据*/
class Info{
    private String name;
    private String content;
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getContent() {
        return content;
    }
    public void setContent(String content) {
        this.content = content;
    }
};
class Producer implements Runnable{
    private Info info=null;
    public Producer(Info info){
        this.info=info;
    }
    public void run(){
        boolean flag=false;
        for(int i=0;i<10;++i)
        {
          if(flag){
              this.info.setName("胡歌");
              try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
              this.info.setContent("林殊");
              flag=false;
          }else{
              this.info.setName("刘涛");
              try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
              this.info.setContent("郡主");
              flag=true;
          }
        }
    }
};
class Consumer implements Runnable{
    private Info info=null;
    public Consumer(Info info){
        this.info=info;
    }
    public void run(){
        for(int i=0;i<10;i++)
        {
            try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
    System.out.println(this.info.getName()+"---饰演--->"+this.info.getContent());
        }
    }
};
public class Producer_Comsumer01 {
public static void main(String[] args) {
  Info info=new Info();
  Producer pro=new Producer(info);
  Consumer con=new Consumer(info);
  new Thread(pro).start();
  new Thread(con).start();
  
}
}

运行结果如下图：

发现胡歌不仅饰演林殊，还饰演郡主，哈哈哈哈哈哈！

问题是线程生产的信息取出时是不匹配的，解决方法使用同步机制——synchronized

二、加入同步机制

将设置名称与内容定义在一个同步方法中，代码如下：

package li.xin.hua.ch9;
/*线程生产者与向消费者最基本实现
 * 1、数据不匹配通过同步机制已经解决
 * 2、重复取数据问题还是有*/
class Info02{
    private String name;
    private String content;
    public synchronized void get() {
        try {
            Thread.sleep(50);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(this.name+"---饰演--->"+this.content);
    }
    
    public synchronized void set(String name,String content) {
        this.name=name;
        try {
            Thread.sleep(50);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.content = content;
    }
};
class Producer02 implements Runnable{
    private Info02 info=null;
    public Producer02(Info02 info){
        this.info=info;
    }
    public void run(){
        boolean flag=false;
        for(int i=0;i<10;++i)
        {
          if(flag){
              this.info.set("胡歌","林殊");
              
              flag=false;
          }else{
              this.info.set("刘涛","郡主");
              
              flag=true;
          }
        }
    }
};
class Consumer02 implements Runnable{
    private Info02 info=null;
    public Consumer02(Info02 info){
        this.info=info;
    }
    public void run(){
        for(int i=0;i<10;i++)
        {
            try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            this.info.get();
        }
    }
};
public class Producer_Comsumer02 {
public static void main(String[] args) {
  Info02 info=new Info02();
  Producer02 pro=new Producer02(info);
  Consumer02 con=new Consumer02(info);
  new Thread(pro).start();
  new Thread(con).start();
  
}
}

运行结果如下图：

胡歌与刘涛饰演的角色没有匹配错误，但信息反复取出，需要Object类中的方法来解决。

三、加入等待唤醒机制

Object类中wait（）、notify（）方法，扩充点知识：wai()方法会释放线程的对象的锁，而sleep（）方法不会。

设置一个标志位flag，

当flag为true时：

     可以进行生产，但不能取出数据，若此时消费者线程恰巧抢到CPU资源，想要执行消费者程序，

    必须将消费者线程等待wait（）。生产者生产完成后要修改标示位（表示可以消费者可以取出信息了），和唤醒notify（）被等待的线程。

当flag为false时：

    消费者可以取出信息，但生产者不能生产信息，若此时生产者线程恰巧抢到CPU资源，想要执行生产者程序，

    必须将生产者线程等待wait（）。消费者完成取出信息后要修改标示位（表示可以生产者可以生产信息了），和唤醒notify（）被等待的线程。

 

package li.xin.hua.ch9;
/*线程生产者与向消费者最基本实现
 * 1、数据不匹配通过同步机制已经解决
 * 2、重复取数据问题通过等待唤醒机制已经解决
 * 当flag为true时允许生产者生产，若此时消费者进入则要等待
 * 当flag为false时允许消费者取出信息，若此时生产者进入则要等待*/
class Info03{
    private String name;
    private String content;
    private boolean flag=true; /* 设置标示位：true是生产的时间，false是消费的时间。
                                                                             第一次先生产*/
    public synchronized void set(String name,String content) {
        if(!flag) /*现在不是生产的时间，线程要等待，唤醒后才能生产。*/
        {
            try {
                super.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        
        this.name=name;
        try {
            Thread.sleep(50);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.content = content;
        flag=false;
        super.notify();
    }
    
    public synchronized void get() {
        if(flag) /*消费者*/
        {
            try {
                super.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        try {
            Thread.sleep(50);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
            
        System.out.println(this.name+"---饰演--->"+this.content);
        flag=true;
        super.notify();
    }
};
class Producer03 implements Runnable{
    private Info03 info=null;
    public Producer03(Info03 info){
        this.info=info;
    }
    public void run(){
        boolean flag=false;
        for(int i=0;i<10;++i)
        {
          if(flag){
              this.info.set("胡歌","林殊");
              
              flag=false;
          }else{
              this.info.set("刘涛","郡主");
              
              flag=true;
          }
        }
    }
};
class Consumer03 implements Runnable{
    private Info03 info=null;
    public Consumer03(Info03 info){
        this.info=info;
    }
    public void run(){
        for(int i=0;i<10;i++)
        {
            try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            this.info.get();
        }
    }
};
public class Producer_Comsumer03 {
public static void main(String[] args) {
  Info03 info=new Info03();
  Producer03 pro=new Producer03(info);
  Consumer03 con=new Consumer03(info);
  new Thread(pro).start();
  new Thread(con).start();
  
}
}

运行结果如下图：

胡歌与刘涛交替出现，并且角色匹配正确。