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一线程协作——生产者和消费者模式

1.1 线程通讯

1.1.1 引子

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，生产这件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，否则停止生产并等待，直到仓库中再次放入产品为止。

1.2 分析

这是一个线程同步的问题，生产者和消费者共享一个资源，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；生产产品之后，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。
在生产者消费者之间，仅有synchronized是不够的
- synchronized 可阻止并发更新同一个资源共享，实现同步
- synchronized 不能用来实现不同线程之间的消息传递。【即通讯】

1.3 java提供的解决方法

方法名	作用
wait()	表示线程一直等待，直到其他线程通知，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的调用wait()方法的线程，优先级别高的线程优先调用

注意：以上方法均是Object类的方法，都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常IegalMonitorStateException

1.4 解决方式一：管程法通信【优化版】

并发协作模式“Producer Consumer Model”-->线程法
- 生产者：负责生产数据的模块（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，之间存在一个超市“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

1.4.1 问题的分析

数组下标越界的问题
- 1. 一个生产者和一个消费者是不会出现下标越界的情况。
- 消费者wait()释放对象锁权限让出CPU，只会是唯一的生产者重新拿到锁权限进行生产，这样的话不消费就生产，不生产就消费，是不会出现下标越界的。
- 1. 多个消费者就会出现下标越界的情况
  - wait()表示持有对象锁的线程准备释放对象锁权限和让出 cpu 资源并进入等待状态
  - 如果有多个消费者，比如X1，X2假如此时X1，X2都处于wait状态，这时容量为0了生产者拿到锁，生产者生产了1个资源让出锁，X1拿到锁消费完之后容量又刚好为0，然后X1释放锁notifyAll通知JVM去唤醒所有竞争Container对象锁的线程，如果这个锁被X2拿到，那么就会导致0--出现数组下标越界的问题，解决方案暂时只想到把消费的if(index <=0)换成while就是让消费者线程被唤醒的时候不要立刻执行下面的代码，而是再去判断当前容量。
  - 因为notify唤醒沉睡的线程后，线程会接着上次的执行继续往下执行（需要注意的是，执行wait()的线程被notify唤醒的时候，只是让while循环继续往下走，如果用if的话，继续往下走意味着跳出if语句块），所以必须使用while循环阻塞。
  - 判断count==0或者count==10的时候，要用while而不是if。线程醒来如果是在if判断里不会重新判断，直接就运行下面代码，多个消费者情况下会出现这个错误，有第一个消费者把所有商品都消费完了，数组下标为0了，但是第二个消费者线程消费时，不会重新判断数组下标，此时就会继续执行下面代码，0-1=-1，出现下标越界错误

while (index <= 0) {
     try {
         this.wait();
     } catch (InterruptedException e) {
         e.printStackTrace();
     }
 }

在这里插入图片描述

先消费后生产的问题
- 生产商品和消费商品操作不符合原子性。输出语句要写在synchronized代码块里，保证操作的原子性.生产了1-10，正常来说从10开始消费，但是因为输出语句没写对位置，生产完0之后已经开始消费，但是刚pop完，准备输出语句，但是线程被夺走了

1.4.2 两个优化的地方

原来的生产商品和消费商品操作不符合原子性
- 输出语句要写在synchronized代码块里，保证操作的原子性

 //如果没有满，就放入产品
        products[count]=product;
        count++;
        System.out.println("生产了第"+product.id+"个产品");

 //正常消费
        count--;
        Product product=products[count];
        System.out.println("消费了-->第"+product.id+"个产品");

数组下标越界在多线程中要测试某个条件的变化时（尤其是用于线程通信的条件判断）不要选择if，而是选择while去判断。因为notify唤醒沉睡的线程后，线程会接着上次的执行继续往下执行（需要注意的是，执行wait()的线程被notify唤醒的时候，只是让while循环继续往下走，如果用if的话，继续往下走意味着跳出if语句块），所以必须使用while循环阻塞。

 //生产者放入产品
    public synchronized void push(Product product) {
        //如果容器满了，就需要等待消费
       while(count==products.length) {
            //通知消费者消费，停止生产
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        //如果没有满，就放入产品
        products[count]=product;
        count++;
        System.out.println("生产了第"+product.id+"个产品");
        //通知消费者消费
        this.notifyAll();
    }
    //消费者消费产品
    public synchronized Product pop() {
        //判断是否能够消费
        while(count==0) {
            //等待生产者生产，消费者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        //正常消费
        count--;
        Product product=products[count];
        System.out.println("消费了-->第"+product.id+"个产品");
        //消费完了，通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return product;
    }

1.4.3 完整代码

/**
 * @author 缘友一世
 * date 2022/11/12-13:27
 */
public class TestProducerConsumer {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer container = new SynContainer();
        new Producer(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}
class Producer extends Thread {
    //Container
    /*Container 类表示容器，它是一种特殊的组件，可以用来容纳其他组件，
    Container 又分为两种类型，分别是 Window 和 Panel；*/

    SynContainer container;

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

    @Override
    public void run() {
        for(int i=1;i<=20;i++) {
            container.push(new Product(i));
        }
    }
}
class Consumer extends Thread {
    SynContainer container;

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

    @Override
    public void run() {
        for(int i=1;i<=20;i++) {
            container.pop();
        }
    }
}
class Product {
    int id;

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

}

class SynContainer {
    //需要一个容器的大小
    Product[] products=new Product[10];
    //容器技术器
    int count=0;
    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Product product) {
        //如果容器满了，就需要等待消费
       while(count==products.length) {
            //通知消费者消费，停止生产
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        //如果没有满，就放入产品
        products[count]=product;
        count++;
        System.out.println("生产了第"+product.id+"个产品");
        //通知消费者消费
        this.notifyAll();
    }
    //消费者消费产品
    public synchronized Product pop() {
        //判断是否能够消费
        while(count==0) {
            //等待生产者生产，消费者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        //正常消费
        count--;
        Product product=products[count];
        System.out.println("消费了-->第"+product.id+"个产品");
        //消费完了，通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return product;
    }
}

在这里插入图片描述

1.5 解决方式二：信号灯法

并非协作模式“Producer Consumer Model”-->信号灯法

/**
 * @author 缘友一世
 * date 2022/11/12-18:00
 */
//生产者和消费者模型-->利用缓冲区解决：管城法
public class TestPW {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Player(tv).start();
        new Watcher(tv).start();
        
    }
}
class Player extends Thread {
    TV tv;
    public Player(TV tv) {
        this.tv=tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for(int i=0;i<10;i++) {
            if(i%2==0) {
                this.tv.play("庆余年");
            }else {
                this.tv.play("花千骨");
            }
        }
    }
}
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();
        }
    }
}
class TV {
    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) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        System.out.println("演员准备完成"+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() {
        //演员正在准备
        if(flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        System.out.println("观众观看了"+voice);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag=!flag;
    }
}

在这里插入图片描述

线程池

背景：经常创建和销毁、使用量特别大的资源对性能影响很大。。比如：并发情况下的线程。
思路：我们可以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。
优势：
- 提高响应速度
- 降低资源消耗
- 便于线程管理。
线程池的几个参数
- corePoolSize:核心池的大小
- maximumPoolSize:最大线程数
- KeepAliveTime:线程没有任务时的生命期限。

/**
 * @author 缘友一世
 * date 2022/11/12-18:31
 */
public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1 创建服务，创建线程池。
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5);
        //执行
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
    }
}
class MyThread implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

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二复习

2.1 创建

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

/**
 * @author 缘友一世
 * date 2022/11/12-18:36
 */
public class TestReview {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        new MyThread1().start();

        new Thread(new MyThread2()).start();

        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(new MyThread3());
        new Thread(futureTask).start();

        System.out.println(futureTask.get());
    }
}
//1 继承Thread类
class MyThread1 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("myThread1-->继承Thread类");
    }
}
//2 实现Runnable接口
class MyThread2 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("myThread2-->实现Runnable接口");
    }
}
//3 实现Callable接口
class MyThread3 implements Callable<Integer> {

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("myThread3-->实现Callable接口");
        return 1;
    }
}

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Java多线程探究【四线程协作】

一 线程协作——生产者和消费者模式

1.1 线程通讯

1.1.1 引子

1.2 分析

1.3 java提供的解决方法

1.4 解决方式一：管程法通信【优化版】

1.4.1 问题的分析

1.4.2 两个优化的地方

1.4.3 完整代码

1.5 解决方式二：信号灯法

线程池

二 复习

2.1 创建

一线程协作——生产者和消费者模式

二复习