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Java中生產(chǎn)者消費(fèi)者問題總結(jié)

更新時(shí)間：2020年07月24日 17:02:25 作者：AD_milk

這篇文章主要介紹了Java中生產(chǎn)者消費(fèi)者問題總結(jié)，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

生產(chǎn)者-消費(fèi)者算是并發(fā)編程中常見的問題。依靠緩沖區(qū)我們可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者與消費(fèi)者之間的解耦。生產(chǎn)者只管往緩沖區(qū)里面放東西，消費(fèi)者只管往緩沖區(qū)里面拿東西。這樣我們避免生產(chǎn)者想要交付數(shù)據(jù)給消費(fèi)者，但消費(fèi)者此時(shí)還無法接受數(shù)據(jù)這樣的情況發(fā)生。

wait notify

這個(gè)問題其實(shí)就是線程間的通訊，所以要注意的是不能同時(shí)讀寫。生產(chǎn)者在緩沖區(qū)滿的時(shí)候不生產(chǎn)，等待；消費(fèi)者在緩沖區(qū)為空的時(shí)候不消費(fèi)，等待。比較經(jīng)典的做法是wait和notify。

生產(chǎn)者線程執(zhí)行15次set操作

public class Producer implements Runnable{
 private Channel channel;

 public Producer(Channel channel) {
  this.channel = channel;
 }

 @Override
 public void run() {
  for(int i=0;i<15;i++){
   channel.set(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
  }
 }
}

消費(fèi)者線程執(zhí)行10次get操作

public class Consumer implements Runnable {
 private Channel channel;

 public Consumer(Channel channel) {
  this.channel = channel;
 }

 @Override
 public void run() {
  for(int i=0;i<10;i++){
   System.out.println("Consumer "+Thread.currentThread().getName()+" get "+channel.get());
  }
 }
}

現(xiàn)在定義Channel類,并創(chuàng)建兩個(gè)生產(chǎn)者線程和三個(gè)消費(fèi)者線程

public class Channel {
 private List<String> buffer=new ArrayList<>();
 private final int MAX_SIZE=10;

 public synchronized String get(){
  while (buffer.size()==0){//不要用if，醒來了也要再次判斷
   try {
    wait();
   } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
   }
  }
  String str=buffer.remove(0);
  notifyAll();
  return str;
 }
 public synchronized void set(String str){
  while (buffer.size()==MAX_SIZE){
   try {
    wait();
   } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
   }
  }
  buffer.add(str);
  notifyAll();
 }

 public static void main(String[] args) {
  Channel channel=new Channel();
  Producer producer=new Producer(channel);
  Consumer consumer=new Consumer(channel);
  for(int i=0;i<2;i++){
   new Thread(producer).start();
  }
  for (int i=0;i<3;i++){
   new Thread(consumer).start();
  }
 }
}

使用notifyAll而不是notify的原因是，notify有可能出現(xiàn)多次喚醒同類的情況，造成“假死”。我們可以使用Condition來實(shí)現(xiàn)更精確的喚醒。

Condition

將上面代碼中的Channel類修改一下即可

public class Channel {
 private List<String> buffer=new ArrayList<>();
 private final int MAX_SIZE=10;
 private Lock lock=new ReentrantLock();
 private Condition producer=lock.newCondition();
 private Condition consumer=lock.newCondition();
 
 public String get(){
  String str=null;
  try {
   lock.lock();
   while (buffer.size()==0){
    consumer.await();
   }
   str=buffer.remove(0);
   producer.signalAll();
  }catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }finally {
   lock.unlock();
  }
  return str;
 }
 public void set(String str){
  try {
   lock.lock();
   while (buffer.size()==MAX_SIZE){
    producer.await(); 
   }
   buffer.add(str);
   consumer.signalAll();
  }catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }finally {
   lock.unlock();
  }
 }
}

雙緩沖與Exchanger

當(dāng)同步的花銷非常大時(shí)，我們可以采用雙緩沖區(qū)的辦法。雙緩沖的一個(gè)好處就在于：因?yàn)樯a(chǎn)者和消費(fèi)者各自擁有一個(gè)緩沖區(qū)，所以他們不會(huì)同時(shí)對(duì)同一個(gè)緩沖區(qū)進(jìn)行操作，那么我們就不需要為讀寫操作加鎖，用空間換了時(shí)間。在Java中可以通過Exchanger來交換兩個(gè)線程之間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

public class Producer implements Runnable{
 private List<String> buffer;
 private Exchanger<List<String>> exchanger;
 public Producer(List<String> buffer, Exchanger<List<String>> exchanger){
  this.buffer=buffer;
  this.exchanger=exchanger;
 }
 @Override
 public void run() {
  for(int i=0;i<10;i++){
   for (int j=0;j<10;j++)
   buffer.add("Thrad "+Thread.currentThread().getName()+" : "+i+" "+j);
   try {
    buffer=exchanger.exchange(buffer);
   } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
   }
  }

 }
}

public class Consumer implements Runnable {
 private Exchanger<List<String>> exchanger;
 private List<String> buffer;

 public Consumer(List<String> buffer,Exchanger<List<String>> exchanger) {
  this.exchanger = exchanger;
  this.buffer = buffer;
 }

 @Override
 public void run() {
  for(int i=0;i<10;i++){
   try {
    buffer=exchanger.exchange(buffer);
   } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
   }
   for(int j=0;j<10;j++){
    String message=buffer.get(0);
    System.out.println(message);
    buffer.remove(0);
   }
  }
 }
}

public class Main {
 public static void main(String[] args) {
  List<String> buffer1=new ArrayList<>();
  List<String> buffer2=new ArrayList<>();
  Exchanger<List<String>> exchanger=new Exchanger<>();
  Producer producer=new Producer(buffer1,exchanger);
  Consumer consumer=new Consumer(buffer2,exchanger);
  Thread t1=new Thread(producer);
  Thread t2=new Thread(consumer);
  t1.start();
  t2.start();
 }
}

BlockingQueue

我們可以使用更為方便安全的阻塞式集合來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)消費(fèi)者模型。

這類集合具有的特點(diǎn)是：當(dāng)集合已滿或者是為空的時(shí)候，被調(diào)用的方法不會(huì)立即執(zhí)行，該方法將被阻塞，直到可以成功執(zhí)行為止。

public class Channel {
 private BlockingQueue<String> blockingQueue=new ArrayBlockingQueue<>(10);
 public String get(){
  String str=null;
  try {
   str=blockingQueue.take();
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }
  return str;
 }
 public void set(String str){
  try {
   blockingQueue.put(str);
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }
 }
}

這次的Channel類是不是比之前的簡(jiǎn)潔了許多，有了BlockingQueue我們就不用再去寫wait和notify了。

到此這篇關(guān)于Java中生產(chǎn)者消費(fèi)者問題總結(jié)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java生產(chǎn)者消費(fèi)者內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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