Java多线程 - (三) 线程间的通信(协作) - 生产者/消费者模式
上一篇讲述了线程的互斥(同步),但是在很多情况下,仅仅同步是不够的,还需要线程与线程协作(通信),生产者/消费者模式是一个经典的线程同步以及通信的模型。
假设有这样一种情况,有一个篮子,篮子里只能放一个鸡蛋,A线程专门往篮子里放鸡蛋,如果篮子里有鸡蛋,则一直等到篮子里没鸡蛋,B线程专门从篮子里取鸡蛋,如果篮子里没鸡蛋,则一直等到篮子里有鸡蛋。这里篮子是一个互斥区,每次放鸡蛋是互斥的,每次取鸡蛋也是互斥的,A线程放鸡蛋,如果这时B线程要取鸡蛋,由于A没有释放锁,B线程处于等待状态,进入阻塞队列,放鸡蛋之后,要通知B线程取鸡蛋,B线程进入就绪队列,反过来,B线程取鸡蛋,如果A线程要放 鸡蛋,由于B线程没有释放锁,A线程处于等待状态,进入阻塞队列,取鸡蛋之后,要通知A线程放鸡蛋,A线程进入就绪队列。我们希望当篮子里有鸡蛋时,A线程阻塞,B线程就绪,篮子里没鸡蛋时,A线程就绪,B线程阻塞,代码如下:
/** * */ package com.wsheng.thread.communication; /** * 鸡蛋类 * * @author Wang Sheng(Josh) * */ public class Egg { private double weight; private double price; public double getWeight() { return weight; } public void setWeight(double weight) { this.weight = weight; } public double getPrice() { return price; } public void setPrice(double price) { this.price = price; } }
/** * */ package com.wsheng.thread.communication; import java.util.ArrayList; import java.util.List; /** * 线程间的通信: 放鸡蛋和取鸡蛋 - 生产者和消费者 * @author Wang Sheng(Josh) * */ public class Basket { /** 共享资源:篮子 */ private List<Egg> eggs = new ArrayList<Egg>(); /** 取鸡蛋*/ public synchronized Egg getEgg() { while (eggs.size() == 0) { try { wait(); // 当前线程进入阻塞队列 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } Egg egg = eggs.get(0); // 清空篮子 eggs.clear(); // 唤醒阻塞队列的某线程到就绪队列 notify(); System.out.println("拿到鸡蛋"); return egg; } /** 放鸡蛋 */ public synchronized void putEgg(Egg egg) { while (eggs.size() > 0) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } eggs.add(egg); // 唤醒阻塞队列的某线程到就绪队列 notify(); System.out.println("放入鸡蛋"); } static class PutThread extends Thread { private Basket basket; private Egg egg = new Egg(); public PutThread(Basket basket) { this.basket = basket; } public void run() { basket.putEgg(egg); } } static class GetThread extends Thread { private Basket basket; public GetThread(Basket basket) { this.basket = basket; } public void run() { basket.getEgg(); } } public static void main(String[] args) { Basket basket = new Basket(); for (int i = 0; i < 10; i++) { new PutThread(basket).start(); new GetThread(basket).start(); } } }
输出结果:
放入鸡蛋
拿到鸡蛋
放入鸡蛋
拿到鸡蛋
放入鸡蛋
拿到鸡蛋
放入鸡蛋
拿到鸡蛋
放入鸡蛋
拿到鸡蛋
放入鸡蛋
拿到鸡蛋
放入鸡蛋
拿到鸡蛋
放入鸡蛋
拿到鸡蛋
放入鸡蛋
拿到鸡蛋
程序开始,A线程判断篮子是否为空,放入一个鸡蛋,并且唤醒在阻塞队列的一个线程,阻塞队列为空;假设CPU又调度了一个A线程,篮子非空,执行等待,这 个A线程进入阻塞队列;然后一个B线程执行,篮子非空,取走鸡蛋,并唤醒阻塞队列的A线程,A线程进入就绪队列,此时就绪队列就一个A线程,马上执行,放 入鸡蛋;如果再来A线程重复第一步,再来B线程重复第二步,整个过程就是生产者(A线程)生产鸡蛋,消费者(B线程)消费鸡蛋。
这个例子中,同步(互斥)的资源是一个实实在在的篮子对象,其实,共享资源也可以是一个简单的变量,如下面的例子,共享资源是一个bool变量。
例: 子线程循环10次,然后主线程循环100次,如此循环100次。子循环执行时主循环不能执行,主循环执行时子循环也不能执行。
/** * */ package com.wsheng.thread.synchronize; /** * @author Wang Sheng(Josh) * */ public class LoopThreadTest { public static void main(String[] args) { final Loop loopObj = new Loop(); new Thread(new Runnable() { public void run() { execute(loopObj, "sub"); } }).start(); execute(loopObj, "main"); } public static void execute(Loop loop, String threadType) { for (int i = 0; i < 100; i++) { try { if ("main".equals(threadType)) { loop.mainThread(i); } else { loop.subThread(i); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } class Loop { private boolean isSubThread = true; public synchronized void mainThread(int loop) throws InterruptedException { while (isSubThread) { this.wait(); } for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println("main thread sequence of " + i + ", loop of " + loop); } isSubThread = true; // 主线程执行完毕,由子线程来执行 this.notify(); // 唤醒阻塞队列中的子线程到就绪队列 } public synchronized void subThread(int loop) throws InterruptedException { while (!isSubThread) { this.wait(); } for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println("sub thread sequence of " + i + ", loop of " + loop); } isSubThread = false; // 子线程执行完毕,由主线程来执行 this.notify(); // 唤醒阻塞队列中的主线程到就绪队列 } }
需要注意的是,在上面的例子中,在调用wait方法时,都是用while判断条件的,而不是if,在wait方法说明中,也推荐使用while,因为在某些特定的情况下,线程有可能被假唤醒,使用while会循环检测更稳妥。
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