生产者与消费者案例
1. 前言
本节内容是通过之前学习的 synchronized 关键字,实现多线程并发编程中最经典的生产者与消费者模式,这是本节课程的核心内容,所有的知识点都是围绕这一经典模型展开的。本节有如下知识点:
- 生产者与消费者模型介绍,这是打开本节知识大门的钥匙,也是本节内容的基础;
- 了解生产者与消费者案例实现的三种方式,我们本节以 synchronized 关键字联合 wait/notify 机制进行实现;
- wait 方法和 notify 方法介绍,这是我们实现生产者与消费者案例的技术基础;
- 生产者与消费者案例代码实现,这是我们本节内容的核心,一定要对此知识点进行深入的学习和掌握。
2. 生产者与消费者模型介绍
定义: 生产者消费者模式是一个十分经典的多线程并发协作的模式。
意义:弄懂生产者消费者问题能够让我们对并发编程的理解加深。
介绍:所谓生产者 – 消费者问题,实际上主要是包含了两类线程,一种是生产者线程用于生产数据,另一种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。
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。而消费者只需要从共享数据区中去获取数据,就不再需要关心生产者的行为。
3. 生产者与消费者三种实现方式
在实现生产者消费者问题时,可以采用三种方式:
- 使用 Object 的 wait/notify 的消息通知机制,本节课程我们采用该方式结合 synchronized 关键字进行生产者与消费者模式的实现;
- 使用 Lock 的 Condition 的 await/signal 的消息通知机制;
- 使用 BlockingQueue 实现。本文主要将这三种实现方式进行总结归纳。
4. wait 与 notify
Java 中,可以通过配合调用 Object 对象的 wait () 方法和 notify () 方法或 notifyAll () 方法来实现线程间的通信。
wait 方法:我们之前对 wait 方法有了基础的了解,在线程中调用 wait () 方法,将阻塞当前线程,并且释放锁,直至等到其他线程调用了调用 notify () 方法或 notifyAll () 方法进行通知之后,当前线程才能从 wait () 方法出返回,继续执行下面的操作。
notify 方法:即唤醒,notify 方法使原来在该对象上 wait 的线程退出 waiting 状态,使得该线程从等待队列中移入到同步队列中去,等待下一次能够有机会获取到对象监视器锁。
notifyAll 方法:即唤醒全部 waiting 线程,与 notify 方法在效果上一致。
5. 生产者与消费者案例
为了更好地理解并掌握生产者与消费者模式的实现,我们先来进行场景设计,然后再通过实例代码进行实现并观察运行结果。
场景设计:
- 创建一个工厂类 ProductFactory,该类包含两个方法,produce 生产方法和 consume 消费方法;
- 对于 produce 方法,当没有库存或者库存达到 10 时,停止生产。为了更便于观察结果,每生产一个产品,sleep 5000 毫秒;
- 对于 consume 方法,只要有库存就进行消费。为了更便于观察结果,每消费一个产品,sleep 5000 毫秒;
- 库存使用 LinkedList 进行实现,此时 LinkedList 即共享数据内存;
- 创建一个 Producer 生产者类,用于调用 ProductFactory 的 produce 方法。生产过程中,要对每个产品从 0 开始进行编号;
- 创建一个 Consumer 消费者类,用于调用 ProductFactory 的 consume 方法;
- 创建一个测试类,main 函数中创建 2 个生产者和 3 个消费者,运行程序进行结果观察。
实例:创建一个工厂类 ProductFactory
class ProductFactory {
private LinkedList<String> products; //根据需求定义库存,用 LinkedList 实现
private int capacity = 10; // 根据需求:定义最大库存 10
public ProductFactory() {
products = new LinkedList<String>();
}
// 根据需求:produce 方法创建
public synchronized void produce(String product) {
while (capacity == products.size()) { //根据需求:如果达到 10 库存,停止生产
try {
System.out.println("警告:线程("+Thread.currentThread().getName() + ")准备生产产品,但产品池已满");
wait(); // 库存达到 10 ,生产线程进入 wait 状态
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
products.add(product); //如果没有到 10 库存,进行产品添加
try {
Thread.sleep(5000); //根据需求为了便于观察结果,每生产一个产品,sleep 5000 ms
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("线程("+Thread.currentThread().getName() + ")生产了一件产品:" + product+";当前剩余商品"+products.size()+"个");
notify(); //生产了产品,通知消费者线程从 wait 状态唤醒,进行消费
}
// 根据需求:consume 方法创建
public synchronized String consume() {
while (products.size()==0) { //根据需求:没有库存消费者进入wait状态
try {
System.out.println("警告:线程("+Thread.currentThread().getName() + ")准备消费产品,但当前没有产品");
wait(); //库存为 0 ,无法消费,进入 wait ,等待生产者线程唤醒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
String product = products.remove(0) ; //如果有库存则消费,并移除消费掉的产品
try {
Thread.sleep(5000);//根据需求为了便于观察结果,每消费一个产品,sleep 5000 ms
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("线程("+Thread.currentThread().getName() + ")消费了一件产品:" + product+";当前剩余商品"+products.size()+"个");
notify();// 通知生产者继续生产
return product;
}
}
实例:Producer 生产者类创建
class Producer implements Runnable {
private ProductFactory productFactory; //关联工厂类,调用 produce 方法
public Producer(ProductFactory productFactory) {
this.productFactory = productFactory;
}
public void run() {
int i = 0 ; // 根据需求,对产品进行编号
while (true) {
productFactory.produce(String.valueOf(i)); //根据需求 ,调用 productFactory 的 produce 方法
i++;
}
}
}
实例:Consumer 消费者类创建
class Consumer implements Runnable {
private ProductFactory productFactory;
public Consumer(ProductFactory productFactory) {
this.productFactory = productFactory;
}
public void run() {
while (true) {
productFactory.consume();
}
}
}
实例: 创建测试类,2 个生产者,3 个消费者
public class DemoTest extends Thread{
public static void main(String[] args) {
ProductFactory productFactory = new ProductFactory();
new Thread(new Producer(productFactory),"1号生产者"). start();
new Thread(new Producer(productFactory),"2号生产者"). start();
new Thread(new Consumer(productFactory),"1号消费者"). start();
new Thread(new Consumer(productFactory),"2号消费者"). start();
new Thread(new Consumer(productFactory),"3号消费者"). start();
}
}
结果验证:
线程(1号生产者)生产了一件产品:0;当前剩余商品1个
线程(3号消费者)消费了一件产品:0;当前剩余商品0个
警告:线程(2号消费者)准备消费产品,但当前没有产品
警告:线程(1号消费者)准备消费产品,但当前没有产品
线程(2号生产者)生产了一件产品:0;当前剩余商品1个
线程(2号消费者)消费了一件产品:0;当前剩余商品0个
警告:线程(1号消费者)准备消费产品,但当前没有产品
线程(2号生产者)生产了一件产品:1;当前剩余商品1个
线程(3号消费者)消费了一件产品:1;当前剩余商品0个
线程(1号生产者)生产了一件产品:1;当前剩余商品1个
线程(3号消费者)消费了一件产品:1;当前剩余商品0个
线程(2号生产者)生产了一件产品:2;当前剩余商品1个
线程(1号消费者)消费了一件产品:2;当前剩余商品0个
警告:线程(2号消费者)准备消费产品,但当前没有产品
线程(2号生产者)生产了一件产品:3;当前剩余商品1个
...
...
结果分析:
从结果来看,生产者线程和消费者线程合作无间,当没有产品时,消费者线程进入等待;当产品达到 10 个最大库存是,生产者进入等待。这就是经典的生产者 – 消费者模型。
6. 小结
实现多线程并发编程中最经典的生产者与消费者模式,这是本节课程的核心内容,所有的知识点都是围绕这一经典模型展开的。 在掌握 synchronized 关键字,wait 方法和 notify 方法的基础上,理解并掌握生产者与消费者模式是本节课程的最终目标。
最新评论
Spring Cloud Alibaba 微服务架构实战 https://pan.baidu.com/s/1jF5voFRoeF0lYAzAPBWSbw?pwd=chqk
命令: nload
真是个良心站点哇,大公无私,爱了爱了
还可以直接搞一张映射表,存 uid | time | source_index, 第一次直接查对应的 time 选出前100, 第二次直接用 CompleteFuture 去分别用 source_in
干得漂亮,多个朋友堵条路
2021.2.2版本的不适用吧
现在还可以用么
激活码有用,感谢分享