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多线程之间通信及线程池

时间:2021-12-16  作者:wydilearn  

线程通信

  • 应用场景:生产者和消费者问题

    • 假设仓库中只能存放一件产品,生产者将生产出来的产品放入仓库,消费者将仓库中产品取走消费
    • 如果仓库中没有产品,则生产者将产品放入仓库,否则停止生产并等待,直到仓库中的产品被消费者取走为止
    • 如果仓库中放有产品,则消费者可以将产品取走消费,否则停止消费并等待,直到仓库中再次放入产品为止
  • 这是一个线程同步问题,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,没有生产产品之前,要通知消费者等待。而生产了产品之后,又需要马上通知消费者消费
    • 对于消费者,在消费之后,要通知生产者已经结束消费,需要生产新的产品以供消费
    • 在生产者消费者问题中,仅有synchronized是不够的
      • synchronized可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(通信)
  • 解决线程之间通信问题的方法

方法名 作用
wait() 表示线程一直等待,知道其他线程通知,与sleep不同,会释放锁
wait(long timeout) 指定等待的毫秒数
notify() 唤醒一个处于等待状态的线程
notifyAll() 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

解决方式1

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的数据,他们之间有个缓冲区,生产者将生产好的数据放入缓冲区,消费者从缓冲区拿出数据

//测试:生产者消费者模型-->利用缓冲区解决:管程法

//生产者,消费者,产品,缓冲区
public class TestPC {

    public static void main(String[] args) {
        SynContainer container = new SynContainer();

        new Productor(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}

//生产者
class Productor extends Thread{
    SynContainer container;

    public Productor(SynContainer container){
        this.container = container;
    }

    //生产
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            container.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生产了"+i+"只鸡");
        }
    }
}

//消费者
class Consumer extends Thread{
    SynContainer container;

    public Consumer(SynContainer container){
        this.container = container;
    }
    
    //消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了-->"+container.pop().id+"只鸡");
        }
    }
}

//产品
class Chicken{
    int id;//产品编号

    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}

//缓冲区
class SynContainer{

    //需要一个容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    //容器计数器
    int count = 0;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken){
        //如果容器满了,就需要等待消费者消费
        if (count==chickens.length){
            //通知消费者消费,生产者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果没有满,我们就需要丢入产品
        chickens[count] = chicken;
        count++;

        //可以通知消费者消费了
        this.notifyAll();
    }

    //消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop(){
        //判断能否消费
        if (count==0){
            //等待生产者生产,消费者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果可以消费
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];

        //吃完了,通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }
}

解决方式2

  • 并发协作模式“生产者/消费者模式”--->信号灯法
//测试生产者消费者问题2:信号灯法,标志位解决
public class TestPC2 {

    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Player(tv).start();
        new Watcher(tv).start();

    }
}

//生产者-->演员
class Player extends Thread{
    TV tv;
    public Player(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i%2==0){
                this.tv.play("快乐大本营播放中");
            }else {
                this.tv.play("抖音:记录美好生活");
            }
        }
    }
}

//消费者-->观众
class Watcher extends Thread{
    TV tv;
    public Watcher(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}

//产品-->节目
class TV{
    //演员表演,观众等待
    //观众观看,演员等待
    String voice;//表演的节目
    boolean flag = true;

    //表演
    public synchronized void play(String voice){

        if (!flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        System.out.println("演员表演了:"+voice);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();//通知唤醒
        this.voice = voice;
        this.flag = !this.flag;

    }

    //观看
    public synchronized void watch(){
        if (flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观看了:"+voice);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }
}

线程池

使用线程池

  • 背景:经常创建和销毁、使用量特别大的资源,比如并发情况下的线程,对性能影响很大。
  • 思路:提前创建好多个线程,放入线程池中,使用时直接获取,使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
  • 好处:
    • 提高响应速度(减少了创建新线程的时间)
    • 降低资源消耗(重复利用线程池中线程,不需要每次都创建)
    • 便于线程管理(...)
      • corePoolSize:核心池的大小
      • maximumPoolSize:最大线程数
      • keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
  • JDK5.0起提供了线程池相关API:ExexutorServiceExecutors
  • ExecutorService:真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
    • void execute(Runnable command):执行任务/命令,没有返回值,一般用来执行Runnable
    • Future submit(Callable task):执行任务,有返回值,一般又来执行Callable
    • void shutdown():关闭连接池
  • Executors:工具类、线程池的工厂类,用于创建并返回不同类型的线程池
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

//测试线程池
public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建服务,创建线程池
        //newFixedThreadPool 参数为:线程池大小
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        //执行
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());

        //2.关闭链接
        service.shutdown();
    }
}

class MyThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

标签:编程
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