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生產(chǎn)者消費(fèi)者模型ThreadLocal原理及實(shí)例詳解

 更新時(shí)間:2020年09月27日 15:38:03   作者:愛(ài)笑的berg  
這篇文章主要介紹了生產(chǎn)者消費(fèi)者模型ThreadLocal原理及實(shí)例詳解,文中通過(guò)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,需要的朋友可以參考下

1、生產(chǎn)者消費(fèi)者模型作用和示例如下:

1)通過(guò)平衡生產(chǎn)者的生產(chǎn)能力和消費(fèi)者的消費(fèi)能力來(lái)提升整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率 ,這是生產(chǎn)者消費(fèi)者模型最重要的作用

2)解耦,這是生產(chǎn)者消費(fèi)者模型附帶的作用,解耦意味著生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間的聯(lián)系少,聯(lián)系越少越可以獨(dú)自發(fā)展而不需要收到相互的制約

備注:對(duì)于生產(chǎn)者消費(fèi)者模型的理解將在并發(fā)隊(duì)列BlockingQueue章節(jié)進(jìn)行說(shuō)明,本章不做詳細(xì)介紹。

package threadLearning.productCustomerModel;
/*
  wait/notify 機(jī)制:以資源為例,生產(chǎn)者生產(chǎn)一個(gè)資源,通知消費(fèi)者就消費(fèi)掉一個(gè)資源,生產(chǎn)者繼續(xù)生產(chǎn)資源,消費(fèi)者消費(fèi)資源,以此循環(huán)。
  wait():使一個(gè)線程處于等待(阻塞)狀態(tài),并且釋放所持有的對(duì)象的鎖;
  sleep(): 使一個(gè)正在運(yùn)行的線程處于睡眠狀態(tài), 是一個(gè)靜態(tài)方法, 調(diào)用此方法要處理 InterruptedException 異常;
  notify():?jiǎn)拘岩粋€(gè)處于等待狀態(tài)的線程,當(dāng)然在調(diào)用此方法的時(shí)候,并不能確切的喚醒某一個(gè)等待狀態(tài)的線程而是由 JVM 確定喚醒哪個(gè)線程,而且與優(yōu)先級(jí)無(wú)關(guān);
  notityAll():?jiǎn)拘阉刑幱诘却隣顟B(tài)的線程,該方法并不是將對(duì)象的鎖給所有線程,而是讓它們競(jìng)爭(zhēng),只有獲得鎖的線程才能進(jìn)入就緒狀態(tài);
備注:java 5 通過(guò) Lock 接口提供了顯示的鎖機(jī)制,Lock 接口中定義了加鎖(lock()方法)和解鎖(unLock()方法),增強(qiáng)了多線程編程的靈活性及對(duì)線程的協(xié)調(diào)
*/

//資源對(duì)象:包含商品名屬性;提供生產(chǎn)和消費(fèi)方法;
class Resource {
  private String name;//商品名
  private int count = 0;
  private boolean flag = false;//生產(chǎn)或者消費(fèi)的控制開(kāi)關(guān)
  public synchronized void set(String name) {
    // 生產(chǎn)資源
    while (flag) {
      try {
        // 線程等待。消費(fèi)者消費(fèi)資源
        wait();
      } catch (Exception e) {
      }
    }
    this.name = name + "---" + count++;
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "...生產(chǎn)者..."
        + this.name);
    flag = true;
    // 喚醒等待中的消費(fèi)者
    this.notifyAll();//喚醒在此對(duì)象監(jiān)視器上等待的所有線程  Object.notifyAll()
  }

  public synchronized void out() {
    // 消費(fèi)資源
    while (!flag) {
      // 線程等待,生產(chǎn)者生產(chǎn)資源
      try {
        wait();
      } catch (Exception e) {
      }
    }
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "...消費(fèi)者..."
        + this.name);
    flag = false;
    // 喚醒生產(chǎn)者,生產(chǎn)資源
    this.notifyAll();
  }
}

// 生產(chǎn)者
class Producer implements Runnable {
  private Resource res;

  Producer(Resource res) {
    this.res = res;
  }

  // 生產(chǎn)者生產(chǎn)資源
  public void run() {
    while (true) {
      res.set("商品");
    }
  }
}

// 消費(fèi)者消費(fèi)資源
class Consumer implements Runnable {
  private Resource res;

  Consumer(Resource res) {
    this.res = res;
  }

  public void run() {
    while (true) {
      res.out();
    }
  }
}
public class ProducerConsumerDemo {
  public static void main(String[] args) {
    Resource r = new Resource();
    Producer pro = new Producer(r);
    Consumer con = new Consumer(r);
    Thread t1 = new Thread(pro);
    Thread t2 = new Thread(con);
    t1.start();
    t2.start();
  }
}

2、ThreadLocal

  ThreadLocal提供一個(gè)線程的局部變量,訪問(wèn)某個(gè)線程擁有自己局部變量。當(dāng)使用ThreadLocal維護(hù)變量時(shí),ThreadLocal為每個(gè)使用該變量的線程提供獨(dú)立的變量副本,所以每一個(gè)線程都可以獨(dú)立地改變自己的副本,而不會(huì)影響其它線程所對(duì)應(yīng)的副本。
ThreadLocal的接口方法只有4個(gè)方法,先來(lái)了解一下:

•void set(Object value)設(shè)置當(dāng)前線程的線程局部變量的值;

•public Object get()該方法返回當(dāng)前線程所對(duì)應(yīng)的線程局部變量;

•public void remove()將當(dāng)前線程局部變量的值刪除,目的是為了減少內(nèi)存的占用,該方法是JDK 5.0新增的方法。需要指出的是,

當(dāng)線程結(jié)束后,對(duì)應(yīng)該線程的局部變量將自動(dòng)被垃圾回收,所以顯式調(diào)用該方法清除線程的局部變量并不是必須的操作,但它可以加快內(nèi)存回收的速度;

•protected Object initialValue()返回該線程局部變量的初始值,該方法是一個(gè)protected的方法,顯然是為了讓子類覆蓋而設(shè)計(jì)的。

這個(gè)方法是一個(gè)延遲調(diào)用方法,在線程第1次調(diào)用get()或set(Object)時(shí)才執(zhí)行,并且僅執(zhí)行1次。ThreadLocal中的缺省實(shí)現(xiàn)直接返回一個(gè)null;

總的來(lái)說(shuō)ThreadLocal就是一種以 空間換時(shí)間 的做法,在每個(gè)Thread里面維護(hù)了一個(gè)以開(kāi)地址法實(shí)現(xiàn)的ThreadLocal.ThreadLocalMap,把數(shù)據(jù)進(jìn)行隔離,數(shù)據(jù)不共享,自然就沒(méi)有線程安全方面的問(wèn)題了。

示例1:

package threadLearning.thredLocal;
/*
1、該類提供了線程局部 (thread-local) 變量。這些變量不同于它們的普通對(duì)應(yīng)物,因?yàn)樵L問(wèn)某個(gè)變量(通過(guò)其 get 或 set 方法)的每個(gè)線程都有自己的局部變量,它獨(dú)立于變量的初始化副本。ThreadLocal 實(shí)例通常是類中的 private static 字段,它們希望將狀態(tài)與某一個(gè)線程(例如:用戶 ID 或事務(wù) ID)相關(guān)聯(lián)。
2、ThreadLocal的使用
(1) 在關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)類中創(chuàng)建 private static ThreadLocal在下面的類中,私有靜態(tài) ThreadLocal 實(shí)例(serialNum)為調(diào)用該類的靜態(tài) SerialNum.get() 方法的每個(gè)線程維護(hù)了一個(gè)“序列號(hào)”,該方法將返回當(dāng)前線程的序列號(hào)。(線程的序列號(hào)是在第一次調(diào)用 SerialNum.get() 時(shí)分配的,并在后續(xù)調(diào)用中不會(huì)更改。 
每個(gè)線程都保持對(duì)其線程局部變量副本的隱式引用,只要線程是活動(dòng)的并且 ThreadLocal 實(shí)例是可訪問(wèn)的;在線程消失之后,其線程局部實(shí)例的所有副本都會(huì)被垃圾回收(除非存在對(duì)這些副本的其他引用)。 
*/ 
public class SerialNum {
  private static int nextSerialNum = 3;
  private static ThreadLocal serialNum = new ThreadLocal() {//創(chuàng)建一個(gè)線程本地變量
    protected synchronized Object initialValue() {
      return new Integer(nextSerialNum++);
    }
  };

  public static int get() {
    return ((Integer) (serialNum.get())).intValue();
  }
  
  public static void main(String args[]){
    Thread thead1=new Thread(new Runnable() {
      public void run() {
        System.out.println("thead1-->"+get());        
      }
    });
    Thread thead2=new Thread(new Runnable() {
      public void run() {
        System.out.println("thead2-->"+get());        
      }
    });
    thead1.start();
    thead2.start();
    /*
  同一個(gè)Thread啟動(dòng)第二次會(huì)報(bào)錯(cuò)java.lang.IllegalThreadStateExceptionThread報(bào)錯(cuò)的原因,并不是說(shuō),重新啟動(dòng)Thread導(dǎo)致的,
而是因?yàn)楣灿靡粋€(gè)Thread導(dǎo)致的,因?yàn)?,如果是?shí)現(xiàn)Runnable的類,每次啟動(dòng)線程都需要new Thread(Runnable).start(),這就使得線
程沒(méi)有被共用。
    while(true){
      thead2.start();
      
    }
    */
  }
}

運(yùn)行結(jié)果:

thead1-->3
thead2-->4

示例2:

package threadLearning.thredLocal;
class Res {
  // 生成序列號(hào)共享變量
  public static Integer count = 0;
  public static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<Integer>() {
    // 覆蓋返回此線程局部變量的當(dāng)前線程的“初始值”方法
    @Override
    protected Integer initialValue() {
      return 0;
    };
  };

  public Integer getNum() {
    int count = threadLocal.get() + 1;//get() 該方法返回當(dāng)前線程所對(duì)應(yīng)的線程局部變量
    threadLocal.set(count);//將此線程局部變量的當(dāng)前線程副本中的值設(shè)置為指定值
    return count;
  }
}

public class ThreadLocaDemo2 extends Thread {
  private Res res;

  public ThreadLocaDemo2(Res res) {
    this.res = res;
  }

  @Override
  public void run() {
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + "i---" + i + "--num:" + res.getNum());
    }

  }

  public static void main(String[] args) {
    Res res = new Res();
    ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo1 = new ThreadLocaDemo2(res);
    ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo2 = new ThreadLocaDemo2(res);
    ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo3 = new ThreadLocaDemo2(res);
    threadLocaDemo1.start();
    threadLocaDemo2.start();
    threadLocaDemo3.start();
  }
}

運(yùn)行結(jié)果:

Thread-1---i---0--num:1
Thread-2---i---0--num:1
Thread-0---i---0--num:1
Thread-2---i---1--num:2
Thread-1---i---1--num:2
Thread-2---i---2--num:3
Thread-0---i---1--num:2
Thread-1---i---2--num:3
Thread-0---i---2--num:3

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容,希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。

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